Методы и устройства устранения неоднозначных измерений дальности в импульсных радиотехнических системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Кострова, Татьяна Григорьевна

• Кострова, Татьяна Григорьевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кострова, Татьяна Григорьевна

ВВЕДЕНИЕ.

1 ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЛОЖНОЙ ИНФОРМАЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ НЕОДНОЗНАЧНЫМИ ИЗМЕРЕНИЯМИ, В ИМПУЛЬСНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

1.1 Основы измерения дальности в импульсных дальномерах

1.2 Общие условия возникновения неоднозначных измерений дальности.

1.3 Возникновение зон неоднозначных измерений в радиодальномерах с большой скважностью.

1.4 Возникновение зон неоднозначных измерений в радиодальномерах с малой скважностью зондирующих импульсов

1.5 Возникновение зон неоднозначных измерений дальности в условиях сверхрефракции.

Выводы к гл. 1.

2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ УСТРАНЕНИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ В ИМПУЛЬСНЫХ РТС.

2.1 Классификация основных методов устранения неоднозначности измерения дальности и борьбы с помехами N го хода развертки.

2.2 Поимпульсное изменение фазы.

2.3 Изменение закона модуляции сложных зондирующих сигналов от импульса к импульсу.

2.4 Применение поляризационной модуляции от импульса к импульсу.

2.5 Применение амплитудной модуляции зондирующих импульсов

2.6 Применение вобуляции межимпульсного интервала.

2.7 Применение кратных частот повторений зондирующего сигнала.

Выводы к гл. 2.

3 УСТРАНЕНИЕ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ КЛАССИФИКАЦИИ СИГНАЛОВ.

3.1 Особенности классификации эхо-сигналов.

3.2 Оптимизация канала дополнительной обработки при во-буляции импульсных последовательностей.

3.2.1 Общие алгоритмы байесовской классификации.

3.2.2 Различение сигналов от объектов с однозначным и неоднозначным измерением дальности.

3.2.3. Характеристики обнаружения при использовании КДО, основанного на вычислении логарифма отношения правдоподобия.

3.3 Оптимизация канала дополнительной обработки на основе минимума расстояния.

3.4 Оптимизация канала дополнительной обработки на основе автокорреляционной обработки сигналов.

3.5 Использование обработки в частотной области для классификации вобулированных пачек радиоимпульсов.

Выводы к гл. 3.

4 ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ПОДАВЛЕНИЯ ЛОЖНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧАХ РА-ДИОДАЛЬНОМЕТРИИ.

4.1 Особенности раскрытия неоднозначного измерения дальности в радиодальномерах с квазинепрерывным излучением

4.2 Отображение в радиодальномерах информации о целях, находящихся за пределами однозначного измерения дальности

4.3 Разработка алгоритма формирования признака НИП.

Выводы к гл. 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и устройства устранения неоднозначных измерений дальности в импульсных радиотехнических системах»

Повышение эффективности методов и устройств обнаружения сигналов и измерения их параметров при наличии помех, в том числе сигналов в радиодальномерах, является важной народнохозяйственной задачей, решение которой способствует повышению качества выпускаемых радиотехнических систем и обороноспособности страны. Современные принципы построения устройств обнаружения сигналов ориентированы на цифровую обработку сигналов и широкое использование средств вычислительной техники. Это позволяет с наименьшими затратами обеспечить высокое качество, точность и достоверность получаемой информации, а также реализовать более сложные и эффективные алгоритмы.

Обнаружение сигналов и определение расстояния являются основными задачами радиодальномеров и ряда акустических устройств (эхолотов, дефектоскопов и др.) систем дистанционного наблюдения. Воздействие помех и шумов приводит к маскировке полезных сигналов и вносит неопределенность в результаты обработки наблюдаемого процесса. Одним из видов помех, которые возникают в импульсных радиодальномерах, является класс так называемых помех на N-ou ходе развертки, N>1 [7]. В качестве помехи на N-ом ходе развертки выступают сигналы от объектов, находящихся за пределами максимальной однозначно измеряемой дальности. Неоднозначное измерение дальности в импульсных дальномерах является их неотъемлемым свойством, поэтому задача устранения неоднозначности отсчета дальности и задача снижения влияния действия помехи на N-ом ходе развертки тесно связаны.

Помехи на N-ом ходе развертки оказывают отрицательное влияние на характеристики импульсных радиодальномеров, приводят к большим ошибкам измерения дальности, увеличивают уровень боковых лепестков сжатого сигнала и фильтров устройств селекции подвижных целей [7]. Сигналы ложных целей, вызванные помехами на N-ом ходе развертки, статистически не отличимы от сигналов целей, находящихся в пределах однозначного измерения дальности. Поэтому такие отметки поступают на устройство измерения координат, на процессор вторичной обработки информации и затрудняют работу оператора. При наличии устойчивой помехи за несколько обзоров происходит обнаружение и захват траектории ложной цели, т.е. процессор вторичной обработки начинает формировать ложную информацию об обстановке в зоне ответственности радиодальномера. Большое количество таких помех приводит к перегрузке вычислительных средств и возможной потере сопровождения полезных целей.

Поскольку помеха на iV-ом ходе развертки является ложной, то необходимо применение специальных мер по устранению неоднозначности измерения дальности или подавления подобных помех. Они аналогичны сигналу, поэтому бороться с такого рода помехами затруднительно. Большой вклад в разработку методов и алгоритмов снижения помех на N-ом ходе развертки внесли отечественные и зарубежные ученые: М.И.Финкельштейн, В.В.Григорин-Рябов, П.А.Бакулев, В.И.Раков, Ю.Г.Сосулин, А.И. Перов, Р.Довиак, Д.Зрнич, Ч.Мюэ, М.Сколник, Я.Д.Ширман, А.В. Оппенгейм и др. Не смотря на то, что проблема устранения неоднозначных и однозначных измерений имеет давнюю историю, интерес к ее решению не спадает в настоящее время [98, 99].

Анализ опубликованных работ [7-9, 29, 35, 39, 54-57, 59-68, 71, 72, 75-80, 82, 83, 89, 96-99] показывает, что известные методы и результаты характеризуются следующими ограничениями:

1. Основное внимание уделяется подавлению помех на 2-м ходе развертки. Недостаточно исследованы вопросы устранения неоднозначности измерений в общем случае прихода сигналов с 2-го, 3-го и т.д. интервалов неоднозначности.

2. Мало внимания уделяется вероятностному анализу алгоритмов и устройств снижения уровня помех на vV-ом ходе развертки, результаты которого служат основой для сравнения и оценки эффективности различных технических решений.

-63. Недостаточно исследованы вопросы различения сигналов с однозначным и неоднозначным измерением дальности и помех в виде хаотических импульсных последовательностей (непреднамеренные импульсные помехи).

4. Мало внимания уделяется методам устранения неоднозначности измерения дальности в импульсных радиодальномерах с квазинепрерывным излучением при использовании сложных зондирующих сигналов.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная техническая и научная проблема дальнейшего развития методов устранения неоднозначности измерения дальности и разработки новых эффективных алгоритмов снижения помех на N-ом ходе развертки, расширения сферы их практического применения для импульсных дальномеров различных классов.

Основная цель диссертационной работы состоит в развитии методов устранения неоднозначности измерений дальности в импульсных радиодальномерах и разработке алгоритмов и структур обработки эхо-сигналов, использование которых позволяет повысить эффективность обнаружения целей и защиты от воздействия помех на N -ом ходе развертки.

Основные задачи. Для достижения данной цели было необходимо:

• провести анализ различных методов устранения неоднозначных измерений дальности, используемых в современных импульсных дальномерах;

• разработать и обосновать новые высокоэффективные алгоритмы и устройства устранения неоднозначности измерений дальности;

• разработать принципы построения и методологию выбора параметров канала дополнительной обработки, используемого для классификации целей, расположенных в зонах однозначного и неоднозначного измерения дальности;

• провести синтез и исследовать эффективность работы обнаружителей сигналов с каналом дополнительной обработки, построенном на базе теории распознавания образов;

• провести синтез и анализ эффективности работы удобных для реализации в цифровой форме алгоритмов устранения неоднозначности отсчета с использованием обработки эхо-сигналов в частотной области;

• выполнить статистическое моделирование и провести сравнительный анализ эффективности известных и разработанных устройств, обеспечивающих с высокой вероятностью устранение неоднозначности измерения дальности.

Кроме того, в рамках поставленных задач исследований было необходимо:

• обосновать и разработать новые модели эхо-сигналов от целей, находящихся за пределами однозначного измерения дальности, для проведения статистического эксперимента при моделировании процессоров сигналов импульсных дальномеров;

• изучить возможности применения вобуляции периода повторения зондирующих сигналов для селекции непреднамеренных импульсных помех.

Научная новизна диссертационной работы. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.

1. Для импульсных радиодальномеров решена задача снижения вероятности обнаружения ложных эхо-сигналов от целей, расположенных за пределами однозначного измерения дальности, до уровня 0,02 и менее. Задача решена на основе использования методов теории распознавания образов.

2. Предложены способ и устройство обработки эхо-сигналов во временной и частотной областях для импульсных радиодальномеров с вобуляцией периода повторения зондирующих сигналов.

3. Получены статистические характеристики устройств обнаружения во-булированных импульсных сигналов с одновременным устранением неоднозначности измерений дальности.

4. Проведены исследования и найдены количественные оценки эффективности качества работы известных алгоритмов и устройств устранения неоднозначных измерений дальности и предлагаемого метода, основанного на распознавании образов вобулированных пачек импульсов, что позволяет произвести выбор наиболее эффективного метода с учетом возможностей реализации.

5. Предложен алгоритм обработки сигналов в когерентном импульсном радиодальномере с квазинепрерывным сложным сигналом и вобуляцией периода повторения зондирующих сигналов, а также методика отображения отметок от целей, находящихся за пределами рабочей зоны дальномера.

6. Разработан новый алгоритм классификации непреднамеренных импульсных помех и пачек вобулированных импульсов с однозначным и неоднозначным измерением дальности.

Практическое значение результатов работы определяется тем, что они могут использоваться при разработке радиотехнических устройств обработки импульсных последовательностей (или пачек импульсных сигналов), обеспечивающих с высокой вероятностью устранение неоднозначности отсчета при измерении дальности в импульсных радиодальномерах. Положительный эффект достигается путем применения вобуляции периода повторения зондирующих сигналов и введения в тракт обнаружения канала дополнительной обработки, работа которого основана на использовании предложенных в диссертации алгоритмов и структур.

К числу наиболее значимых для практики результатов относятся:

- принципы построения и структурные схемы процессоров первичной обработки пачек импульсных радиосигналов с устройствами подавления помех "второго хода развертки" в импульсных радиодальномерах с круговым обзором пространства;

- принципы построения и структурные схемы устройств специальной обработки импульсных сигналов для устранения неоднозначности отсчета измерения дальности в радиодальномерах с квазинепрерывным излучением;

- результаты анализа методов амплитудной модуляции импульсов, поим-пульсной смены поляризации, фазы и кода сложных сигналов для снижения уровня помех на 2-ом ходе развертки;

- результаты сравнительного анализа алгоритмов «к из п» и «к подряд из п» при использовании их в канале дополнительной обработки для снижения вероятности обнаружения помех на 2-ом ходе развертки;

- результаты сравнительного анализа алгоритмов на основе распознавания при использовании их в канале дополнительной обработки для снижения вероятности обнаружения помех на iV-ом ходе развертки при вобуляции зондированного сигнала;

- программы моделирования на ЭВМ различных режимов работы аппаратуры обнаружения маловысотной радиолокационной станции кругового обзора со сложным зондирующим сигналом.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы: в хоздоговорных научно-исследовательских работах «Исследование технических характеристик и разработка предложений по модернизации составных частей изделия 39Н6» (НИР № 2585/01, 2001/2002 г.г.); «Исследование методов улучшения тактико- технических характеристик маловысотной PJTC за счет снижения УБЛ, стабилизации энергетического потенциала и автоматической компенсации помех» (НИР № 2817/02, 2002/2003 г.г.); «Исследование методов и алгоритмов первичной и вторичной обработки радиолокационной информации» (НИР № 2939/03, 2003 г.); «Исследование целочисленных функций для весовой обработки J14M сигналов и разработка предложений по модернизации блока ЦОС изделия Гамма-С1Е» (НИР № 2974/03, 2003 г.); «Исследование методов и алгоритмов устранения неоднозначности измерения дальности в импульсных РЛС» (НИР № 80-03, 2004 г.); в госбюджетных научно-исследовательских работах «Методы, алгоритмы и программные средства оценочно- корреляционной обработки информации в частотной и частотно-временной областях» (шифр ГОО-4.2-1, НИР № 401-01-01, МАИ (ГТУ), 2001/2002 г.г.), выполненной при поддержке гранта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям, раздел «Информатика», подраздел «Средства ввода, хранения, обработки и передачи информации»; «Методы и устройства активно-пассивной радиолокации и их применение в автоматизированных системах обеспечения безопасности движения летательных аппаратов» (шифр 205.05.01.057, НИР № ГБ-358/03, МИ ВлГУ, 2003/ 2004 г.г.), выполненной в рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Новые авиационные, космические и транспортные технологии», раздел «Прогрессивные транспортные технологии и безопасность».

Практические результаты диссертации использованы при разработке, испытании и производстве аппаратуры цифровой обработки маловысотной РЛС кругового обзора со сложным зондирующим сигналом, при проектировании систем ближней радио- и звуковой локации и слежения за внешними источниками звука и внедрены в ОАО «Муромский завод радиоизмерительных приборов» и ОАО «Муромский радиозавод», что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для решения задачи совершенствования импульсных дальномеров, в том числе:

1. Способ и устройство обработки вобулированной пачки радиоимпульсов (патент РФ на изобретение № 2237259), позволяющие существенно снизить вероятность обнаружения помех на N -ом ходе развертки в импульсном дальномере и устранить неопределенность в измерении дальности.

2. Алгоритм и структурная схема устройства обработки вобулированной пачки радиоимпульсов на основе анализа автокорреляционной функции, позволяющие обеспечить высокую эффективность обеспечения однозначных измерений.

3.Метод обработки вобулированной пачки радиоимпульсов в частотной области, позволяющий использовать эффективные вычислительные алгоритмы при реализации в цифровом виде.

4. Результаты моделирования и сравнительного анализа различных алгоритмов обнаружения сигналов при использовании методов снижения помех на N-ом ходе развертки, позволяющие оценить потери в пороговой мощности сигнала и оптимизировать структуру и параметры обнаружителя- классификатора в различных режимах работы импульсного дальномера.

Методы проведения исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использованы методы цифровой обработки радиотехнических сигналов, их спектрального и корреляционного анализа, теории вероятностей, теории случайных процессов, теории проверки статистических гипотез, теории оптимального обнаружения сигналов, а также методы статистической радиотехники и метод статистических испытаний.

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием теоретических и экспериментальных характеристик обнаружения сигналов; использованием общепринятых критериев качества функционирования радиотехнических систем; использованием классических методов моделирования случайных процессов, методов математической статистики и статистической радиотехники.

Основные публикации по работе. По тематике исследований получен патент РФ на изобретение № 2237259 и опубликовано 16 печатных работ, в том числе 2 статьи в журнале, включенном в перечень ВАК, 6 статей в сборниках научных трудов, 8 докладов и тезисов докладов в трудах конференций и симпозиумов.

Апробация работы. По материалам диссертации представлено и сделано 10 докладов на следующих конференциях: «German Radar Symposium» - GRS-2002. Bonn, Germany. 3-5 September 2002; Всероссийская научная конференция «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» -СРСА-2003. Муром, Россия. 1 - 3 июля 2003; 5-я Международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации» - ПТСПИ-2003. Владимир, Россия. 1 - 4 июля 2003; «International Radar Symposium» - IRS-2003. Dresden, Germany. 30 September -02 October 2003; Международная научная конференция «Системный подход в науках о природе, человеке и технике» - С-2003. Таганрог, Россия. 20 - 22 ноября 2003; Научно-практическая конференция «Радиолокационная техника: устройства, станции, системы» - PJIC-2004. Муром, Россия. 2-4 июня 2004; 6-я Международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение» - DSPA-2004. Москва, Россия. 31 марта - 2 апреля 2004; 7-я Meждународная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение» - DSPA-2005. Москва, Россия. 16-18 марта 2005.

Личный творческий вклад автора. Автором формировались основные принципы и положения исследований по теме диссертации. Автору принадлежит идея постановки основных теоретических задач, создание алгоритмов и программ для расчетов на ЭВМ, разработка методики обработки результатов моделирования, инициатива проведения ряда экспериментальных исследований, интерпретация теоретических и экспериментальных результатов, выводы и рекомендации по материалам исследований. В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: в работах [Al, А8, А10, А13, А18] предложены модели эхо-сигналов целей, находящихся за пределами однозначного измерения дальности, принципы построения канала дополнительной обработки на основе классификации сигналов, разработаны структурные схемы канала дополнительной обработки и методика моделирования для расчета вероятности подавления ложных эхо-сигналов; в работах [А2, А7] разработана методика проведения натурного эксперимента для исследования устройств поляризационной селекции для подавления помех на 2-ом ходе развертки; в работе [А5] предложены и реализованы модели эхо-сигналов целей, находящихся за пределами однозначного измерения дальности; в работах [А6, А9] проведено компьютерное моделирование и исследование эффективности устройств обнаружения при использовании различных алгоритмов в канале дополнительной обработки; в работе [А 14] получены аналитические выражения для расчета дальности радиодальномера в условиях аномального распространения радиоволн.

Примечание: Источники, на которые даны ссылки с буквой «А», содержатся в «СПИСКЕ РАБОТ АВТОРА» (стр. 173-175).

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. В приложении приведен список сокращений, изложена методика моделирования, содержатся копии актов внедрения результатов диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Кострова, Татьяна Григорьевна

Выводы к гл. 4

1. Разработана и обоснована структурная схема импульсного радиодальномера с квазинепрерывным излучением сложного зондирующего сигнала, в котором за счет классификации сигналов от целей с однозначным и неоднозначным отсчетом обеспечивается устранение неоднозначности измерения дальности и обеспечивается когерентное (или некогерентное) накопление сигналов, что способствует повышению эффективности обнаружения объектов дистанционного наблюдения.

2. Для импульсных радиодальномеров с вобуляцией зондирующих импульсов разработана методика отображения информации об объектах, расположенных за пределами максимальной однозначно измеряемой дальности. Использование канала дополнительной обработки позволяет получить дополнительную информацию о воздушной обстановке за пределами максимальной однозначно измеряемой дальности, что особенно важно для систем УВД.

3. Проведен анализ влияния непреднамеренных импульсных помех на работу обнаружителя сигналов в радиодальномере с каналом дополнительной обработки. Показано, что использование в канале дополнительной обработки классификатора пачек импульсов позволяет получить в области пороговых отношений сигнал-шум максимальное значение вероятности обнаружения НИП порядка 0,7. При больших отношениях сигнал-шум вероятность обнаружения НИП целей стремится к нулю, что является достоинством данной структуры обработки. Также показано, что поведение характеристик обнаружения НИП слабо зависит от количества импульсов в пачке. Для повышения качества классификации целей, находящихся в пределах зоны однозначного измерения дальности, целей, расположенных в пределах зоны неоднозначного измерения, и НИП разработан алгоритм формирования признака на основе анализа фазовой структуры пачки (степени когерентности радиоимпульсов внутри пачки). Результаты моделирования показали, что для пачки 20 импульсов использование дополнительного критерия приводит к снижению вероятности неправильной классификации НИП в точке максимума с 0,7 до уровня менее 0,1.

-161 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом исследований, проведенных в диссертационной работе, является разработка и анализ методов, алгоритмов и устройств устранения неоднозначных измерений дальности в импульсных радиотехнических системах, позволяющих повысить эффективность измерительных радиотехнических систем. Получены следующие результаты:

1. На основе расчета и анализа диаграмм зон видимости импульсных дальномеров показано, что наиболее мощными помехами, дающими ложную информацию, являются помехи на 2-ом ходе развертки. Отмечается что, сигналы от объектов, находящихся за пределами максимальной однозначно измеряемой дальности воспринимаются как сигналы от целей, находящихся в пределах однозначного измерения дальности, и являются статистически не отличимыми от них.

2. Разработана методика расчета энергетических параметров радиодальномера, отношения сигнал-шум при распространении радиоволн в тропосферном волноводе. Доказано, что в условиях сверхрефракции возможно возникновение нескольких зон неоднозначного измерения дальности. Показано, что особую актуальность устранение неоднозначности измерений имеет в судовых и береговых радиотехнических системах измерения дальности.

3. Проведен анализ метода поимпульсного изменения фазы по случайному закону для устранения неоднозначности измерения дальности, который показал, что данный метод не позволяет полностью решить проблему неоднозначности измерений дальности. При увеличении мощности (отношение сигнал-шум q-*co) эхо-сигналов от целей, находящихся за пределами однозначного измерения дальности, вероятность их обнаружения растет и стремится к 1, а пороговое отношение сигнал-шум для таких сигналов увеличивается на 11.33 дБ при числе импульсов в пачке 10.1000.

-1624. Рассмотрен и проанализирован метод с использованием изменения от импульса к импульсу закона модуляции сложных зондирующих сигналов. Показано, что последовательная смена вида закона внутриимпульсной модуляции в диапазоне изменения базы В = 30. 1000 позволяет получить степень подавления ложных сигналов в пределах 11.26 дБ для частотно модулированных сигналов и 5. 17 дБ при использовании сложных сигналов с внутриимпульсной фазовой кодовой манипуляцией. Исключение составляют только последовательности с нулевой кросс-корреляционной функцией.

5. Рассмотрен метод разделения эхо-сигналов с однозначным и неоднозначным измерением дальности с использованием поляризационного кодирования зондирующих сигналов от импульса к импульсу. На основе полученных экспериментальных данных показано, что поимпульсная модуляция по поляризации зондирующих радиоимпульсов позволяет достичь ослабления сигналов от ложных целей на 15.22 дБ в случае использования ортогональной поляризации. При поимпульсном переключении направления вращения круговой поляризации излучаемой волны уровень помех снижается на 10 дБ.

6. Проведен анализ метода с использованием амплитудной модуляции зондирующих импульсов. Результаты моделирования показали, что при увеличении отношения сигнал-шум вероятность неправильного устранения неоднозначности измерения дальности сначала растет, достигает некоторого максимального значения Z)max, а затем монотонно уменьшается и стремится к нулю. Показано, что величина Dmax существенно зависит от глубины амплитудной модуляции и для достижения приемлемого для практики значения вероятности Апах менее 0,1 глубина амплитудной модуляции зондирующих импульсов должна быть не менее 70%.

7. Проведен анализ устройств с использованием вобуляции межимпульсного интервала последовательности зондирующих импульсов. Показано, что за счет изменения структуры пачки импульсов на выходе устройства обработки пороговое отношение сигнал-шум увеличивается на 2,5.4 дБ в зависимости от количества обрабатываемых импульсов. Проведенный расчет характеристик обнаружения сигналов от целей, находящихся в зоне и за пределами однозначного измерения, при использовании в канале дополнительной обработки критериев "к из и" и "к подряд из п" показал, что потери в пороговой мощности сигнала от цели, находящейся в зоне однозначного измерения дальности, составляют 0,5.3,5 дБ, а вероятность неправильного устранения неоднозначности измерений достигает некоторого постоянного значения 0,1.0,5, зависящего от цифрового порога в канале дополнительной обработки.

8. Для дальномеров с вобуляцией периода следования зондирующих сигналов разработаны новые способ и устройство (патент РФ № 2237259) для обеспечения однозначного измерения дальности, основанные на классификации сигналов. Показано, что с увеличением отношения сигнал-шум вероятность правильного распознавания сигналов от цели, находящейся в пределах интервала однозначного измерения, увеличивается и стремится к 1. Вероятность ошибочной классификации сигналов от цели, находящейся в зоне неоднозначного измерения дальности, достигает максимального значения 0,02.0,1 в области пороговых сигналов, а затем уменьшается и стремится к нулю. Разработаны высокоэффективные алгоритмы и структурные схемы устройства обеспечения однозначных измерений на основе анализа минимума расстояния, на основе анализа автокорреляционной функции пачки импульсов, на основе анализа пачек импульсов в частотной области.

9. Разработаны и обоснованы структурные схемы импульсного радиодальномера с квазинепрерывным излучением сложного зондирующего сигнала, в котором за счет классификации сигналов от целей с однозначным и неоднозначным отсчетом обеспечивается устранение неоднозначности измерения дальности, что способствует повышению эффективности РТС. Для радиодальномеров с вобуляцией разработана методика отображения информации об объектах, расположенных за пределами максимальной однозначно измеряемой дальности.

-16410. На основе предложенного метода обработки пачки вобулированных импульсов и использования дополнительного критерия разработан алгоритм классификации пачек импульсов с однозначным измерением дальности, пачек импульсов с неоднозначным измерением и непреднамеренных импульсных помех. Разработанный алгоритм позволяет снизить в области пороговых отношений сигнал-шум максимальное значение вероятности обнаружения НИП с 0,7 до уровня менее 0,1. При больших отношениях сигнал-шум вероятность обнаружения НИП целей стремится к нулю, что является достоинством данной структуры обработки.

11. Материалы диссертационной работы использованы при разработке, испытании и производстве аппаратуры цифровой обработки сигналов радио-дальномерного канала маловысотной PJIC кругового обзора со сложным зондирующим сигналом; использованы в процессе проектирования систем ближней радио- и звуковой локации и слежения за внешними источниками звука. Предложенные в работе методы обработки сигналов позволяют оптимизировать структуру обнаружителя в различных режимах работы радиодальномера, сократить в 1,5.2 раза временные затраты на этапе проектирования, повысить эффективность и качество работы выпускаемой и разрабатываемой аппаратуры.

Все вновь разработанные алгоритмы подходят для реализации на элементах цифровой схемотехники, что позволяет достичь максимальной вычислительной эффективности данных алгоритмов, стабильности в работе. Материалы диссертационной работы нашли применение в промышленности.

Таким образом, достигнута цель работы - разработаны новые и исследованы известные методы и алгоритмы снижения вероятности возникновения неоднозначных измерений дальности, направленные на получение более достоверной информации о расстоянии до исследуемого объекта.

-165

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кострова, Татьяна Григорьевна, 2007 год

1. Авдеев В.В., Лихарев В.А. Оптимизация параметров цифрового устройства определения центра пачки эхо-импульсов // Вопросы помехоустойчивости и разрешающей способности радиотехнических систем. М.: Энергия, 1967. — С.121-124.

2. Аоки М. Оптимизация стохастических систем. М.: Наука, 1971. -424 с.

3. Арманд Н.А., Андрианов В.А., Ракитин Б.В. и др. Приземные зоны видимости РЛС с учетом влияния сферичности Земли и радиорефракции. Препринт №15 (238). -М.: ИРЭ АН СССР, 1977. 78 с.

4. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. М.: Связь, 1980. - 248 с.

5. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М.: Радиотехника, 2004. -320 с.

6. Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1994. - 296 с.

7. Бакулев П.А., Степин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей. -М.: Радио и связь, 1986. 288 с.

8. Бакут П.А., Большаков И.А., Герасимов Б.М. и др. Вопросы статистической теории радиолокации. Т. 1. М.: Сов. радио, 1963. - 424 с.

9. Баранова Г.В. Квазиоптимальные алгоритмы оценивания дальности до цели в импульсно-доплеровской РЛС // Вопросы радиоэлектроники. Серия РЛТ. 2005. Вып. 1. С.87-92.

10. Бартон Д. Радиолокационные системы. М.: Военное изд-во, 1967. -480 с.

11. Бернюков А.К. Распознавание помех при радионавигации и посадке самолетов // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1986. Т.29. № 7. С.54-59.

12. Бернюков А.К. Дискретная и цифровая обработка информации: Практикум. Владимир: Владим. гос. ун-т, 2001. - 84 с.-16613. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.:1. Мир, 1989.-448 с.

13. Бобров Д.Ю., Доброжанский А.П., Зайцев Г.В. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных PJIC. Часть 1: Принципы разработки. Преобразование сигнала в цифровую форму // Цифровая обработка сигналов. 2001. №4. С.2-11.

14. Бобров Д.Ю., Доброжанский А.П., Зайцев Г.В. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных PJIC. Часть 2: Алгоритмы обработки радиолокационных сигналов // Цифровая обработка сигналов. 2002. №1. С.28-39.

15. Бычков С.И., Пахолков Г.А., Яковлев В.Н. Радиотехнические системы предупреждения столкновений самолетов. М.: Сов. радио, 1977. - 272 с.

16. Вакин С.А., Шустов J1.H. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968. - 448 с.

17. Валеев В.Г., Сосулин Ю.Г. Обнаружение квазидетерминированного сигнала с одновременным измерением его параметров // Теория и техника радиолокации. -М.: Машиностроение, 1971. С. 172-189.

18. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. В 3-х томах. Пер. с англ. -М.: Сов. радио, Т.1, 1972. 744 е.; Т.2, 1975. - 344 е.; Т.З, 1977. -664 с.

19. Василенко Г.И. Голографическое опознавание образов. М.: Сов. радио, 1977.-328 с.

20. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. -208 с.

21. Вишин Г.М. Селекция движущихся целей. М.: Воениздат, 1966. -276 с.

22. Вузман П.М. Класс последовательностей для фазовой манипуляции сигналов // Радиотехника. 1967. Т.22. № 9. С.77-81.-16724. Выборное Б.И. Ультразвуковая дефектоскопия. М.: Металлургия,1985.-256 с.

23. Голев К.В. Расчет дальности действия радиолокационных станций. -М.: Сов. радио, 1962. 204 с.

24. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуа-ционных помехах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 488 с.

25. ГОСТ 25655-83. Станции радиолокационные посадочные. Типы, основные параметры, технические требования и методы испытаний.

26. ГОСТ 25658-83. Станции радиолокационные обзорные для управления воздушным движением. Типы, основные параметры, технические требования и методы испытаний.

27. Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 512 с.

28. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1987. - 240 с.

29. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества. -М.: Высш. школа, 1988. -368 с.

30. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радиовысотометрии. М.: Сов. радио, 1979. - 320 с.

31. Журавлев Ю.И., Гуревич И.Б. Распознавание образов и распознавание изображений // В кн. Распознавание классификация, прогноз. Математические методы и их применение. Вып.2. М.: Наука, 1989.

32. Защита от радиопомех. / Под ред. В.М. Максимова. М.: Сов. радио, 1976.-496 с.

33. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. М.: Радиотехника, 2003.-416 с.

34. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. М.: Связь, 1971. - 440 с.

35. Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. М.: ИПРЖР, 2002. - 176 с.

36. Колесов В.В., Беляев Р.В., Воронцов Г.М. Цифровой генератор случайных чисел на основе алгоритма хаотического сигнала // Радиотехника и электроника. 2001. Т.46.№11. С.1361-1367.

37. Колтышев Е.Е., Петров В.В., Янковский В.Т. Алгоритм измерения дальности в радиолокационных станциях с квазинепрерывными сигналами // Радиотехника, 2002. №5. С. 15-21.

38. Костров В.В., Терсин В.В., Богатов А.Д. Фазовый метод определения частоты Доплера по пачке неэквидистантных радиоимпульсов // Радиотехника (журнал в журнале). 2006. № 11. С.98-100.

39. Красюк Н.П., Коблов B.JL, Красюк В.Н. Влияние тропосферы и подстилающей поверхности на работу PJIC. М.: Радио и связь, 1988. - 216 с.

40. Котоусов А.С. Различение детерминированных сигналов в квазиде-терминированном потоке импульсов // Проблемы передачи информации. 1976. Т.12. Вып.1. С.41-47.

41. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. -М.: Сов. радио, 1967. 400 с.

42. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М.: Сов. радио, 1971.-568 с.

43. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. -М.: Радио и связь, 1989. 656 с.

44. Литюк В.И. Синтез систем радиолокационных ФМ сигналов // Всесоюзная НТК «Цифровые методы обработки сигналов и изображений». Тезисы докладов. М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1991. С. 12-13.

45. Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации. М.: Сов. радио, 1973.-456 с.

46. Мардиа К. Статистический анализ угловых наблюдений. М.: Наука, 1978.-240 с.

47. Марпл-мл. С.Л, Цифровой спектральный анализ и его приложения. -М.: Мир, 1990.-584 с.

48. Миленький А.В. Классификация сигналов в условиях неопределенности. М.: Сов. радио, 1975. - 328 с.

49. Митяшев Б.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М.: Сов. радио, 1962. - 200 с.

50. Мюэ Ч.Е., Картлидж Л., Драри и др. Новые технические решения в радиолокационных станциях службы движения // ТИИЭР. 1974. Т.62. № 6. С.77-86.

51. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 1984. - 152 с.

52. Нилов М.А., Безуглов А.В., Быстров Н.Е., Ушенин А.Б. Построение радиолокаторов со сложными квазинепрерывными сигналами // Радиотехника, 1997. №8. С.52-56.

53. Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. А.П. Лукошкина. Л.: Изд. ЛГУ, 1987. - 400 с.

54. Окунев Ю.Б., Яковлев Л.А. К обоснованию алгоритма автокорреляционного метода приема сигналов // Радиотехника, 1969. Т.24. №7. С. 10-15.

55. Перов А.И. Статистическая теория радиотехнических систем. М.: Радио и связь, 2003. - 400 с.

56. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин JLM. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М.: Радиотехника, 2003.-416 с.

57. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник. В 2-х книгах. М: Машиностроение, Кн. 1, 1986. - 488 е.; Кн. 2, 1986.-352 с.

58. Радиолокационная система посадки самолетов РСП-10МН-1. Кн. 2. Техническое описание. 1990. 648 с.

59. Радиолокационные измерители дальности и скорости. Том 1. / Под ред. В.Н.Саблина. М.: Радио и связь, 1999. - 420 с.

60. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / Под ред. В.В. Григорина- Рябова. М.: Сов. радио, 1970. - 680 с.

61. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов / Под ред. Ю.М. Казари-нова. М.: Высш. школа, 1990. - 496 с.

62. Радиоэлектронные системы: основы теории и построения. Справочник / Под ред. Я.Д.Ширмана. М.: ЗАО "Маквис", 1998. - 828 с.

63. Родимов А.П., Поповский В.В. Статистическая теория поляризацион-но-временной обработки сигналов и помех в линиях связи. М.: Радио и связь, 1984.-272 с.

64. Рыбин А.К. Классификация слабых сигналов на фоне негауссовых помех // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1972. № 5. С.167-175.

65. Рындык А.Г. Алгоритмы устранения неоднозначности измерения дальности импульсно-фазовым методом // Известия вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1986. Т.29. №7. С.46-50.

66. Рындык А.Г., Полов К.П., Пучков С.А. Однозначное измерение дальности на фоне пассивных помех // Известия вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1988. Т.31. №4. С.37-42.

67. Самсоненко С.В. Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов. -М.: Воениздат, 1968. 320 с.

68. Себестиан Г.С. Процессы принятия решений при распознавании образов. -Киев: Техника, 1965. 152 с.

69. Сосновский А.А., Хаймович И.А. Авиационная радионавигация. Справочник. М.: Транспорт, 1980. - 255 с.

70. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. -М.: Сов. радио, 1978. 320 с.

71. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. М.: Радио и связь, 1992. - 304 с.

72. Сосулин Ю.Г., Костров В.В. Обнаружение и классификация сигналов на основе оценочно-корреляционной статистики // Радиотехника и электроника. 2002. Т.47. №3. С.322-333.

73. Справочник по радиолокации. В 4-х томах. / Под ред. М. Сколника. -М.: Сов. радио, Т.1, 1976. 456 е.; Т.2, 1977. - 408 е.; Т.З, 1979. - 528 е.; Т.4, 1978.-376 с.

74. Справочник по радиоэлектронным системам. В 2-х томах. Т.2 / Под ред. Б.Х. Кривицкого. -М.: Энергия, 1979. 368 с.

75. Стратонович P.J1. Принципы адаптивного приема. М.: Сов. радио, 1973.- 144 с.

76. Судовые радионавигационные приборы / Коновалов В.В., Кузнецова Л.И., Мельников Н.П., Причкин О.Б. М.: Транспорт, 1989. - 223 с.

77. Теоретические основы радиолокации / Под ред. В.Е. Дулевича. М.: Сов. радио, 1978.-608 с.

78. Теория электрической связи / А.Г.Зюко, Д.Д. Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. -М.: Радио и связь, 1999. 432 с.-17285. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь,1983.-320 с.

79. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических систем и устройств. М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

80. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

81. Трофимов К.Н. Помехи радиолокационным станциям. М.: Изд-во ДОСААФ, 1962.-76 с.

82. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983. -536 с.

83. Фишман М.М. Об одной форме представления логарифма отношения правдоподобия при различении коррелированных гауссовских последовательностей // Радиотехника и электроника. 1981. Т.26. № 4. С.762-770.

84. Шелухин О.И. Негауссовские процессы в радиотехнике. М.: Радио и связь, 1999.-310 с.

85. Шелухин О.И. Радиосистемы ближнего действия. М.: Радио и связь, 1989.-240 с.

86. Ширман Я.Д., Горшков С.А., Лещенко С.П. и др. Методы радиолокационного распознавания и их моделирование // Зарубежная радиоэлектроника. 1996. №11. С.3-62.

87. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. / Под. ред. В.Б.Пестрякова. М.: Сов. радио, 1973. - 424 с.

88. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь, 1985.-344 с.

89. Gerlach K.R., Kretchmer F.F. Zero-cross-correlation Complementary Radar Waveform Signal Processor for Ambiguous Range Radars // Scientific and Technical Aerospace Reports (STAR). 1992. V.30. No. 9. Pp. 1443-1444.

90. Golay MJ.E. Complementary Series // Trans. IRE. 1961. Vol.IT-7, April. -Pp.82-87.

91. Ren Li-xiang, Mao Er-ke. Study on HPRF Pulsed Doppler Stepped Frequency Radar System // Proc. of 2006 CIE Int. Conf. on Radar, Shanghai, China. October 16-19, 2006. -Pp.272-275.

92. Levanon N., Mozeson E. Radar Signals. Wiley-Interscience, New-Jersey, 2004.-427 p.

93. Curry G.R. Radar System Performance Modeling. Artech House, Boston-London, 2005.-411 p.1. СПИСОК РАБОТ АВТОРА

94. Sosulin Yu.G., Kostrova T.G., Kostrov V.V. Suppression of Second Scan Stroke Echo Signals in Pulsed Surveillance Radar // Proc. German Radar Symp., Bonn, Germany. September 3-5, 2002. Pp.449-453.

95. Кострова Т.Г. Возникновение ложной информации в импульсных радиолокационных станциях обзорного типа // Системный подход в науках о природе, человеке и технике (С-2003) Материалы международной конференции. Т.З. Таганрог: ТРГТУ, 2003. - С.36-38.

96. Kostrov V.V., Dudarev V.A., Kostrova T.G. Computer Modeling of Air

97. Conditions around Surveillance Radar // Proc. of International Radar Symposium. -IRS-2003. 30 September 02 October 2003, Dresden, Germany. - P.533-536.

98. Kostrov V.V., Kostrova T.G., Dyranov Yu.V. A Second Scan Stroke Echo Signals Suppression Based on the Pattern Recognition. // Proceedings of International Radar Symposium. IRS-2003. Dresden, Germany. 30 September - 02 October 2003. -P.633-636.

99. Кострова Т.Г., Матвиенко E.B. Сравнительный анализ методов борьбы с помехами на 2-м ходе развертки в импульсных радиодальномерах // Радиолокационная техника: устройства, станции, системы. PJIC-2004. / Тезисы докладов. Муром, 2004. С. 16-17.

100. Кострова Т.Г. Исследование эффективности снижения уровня помех в PJIC с поимпульсным изменением фазы зондирующего сигнала // Радиотехника. 2006. № 6.-С.115-118.

101. Кострова Т.Г. Методы снижения вероятности обнаружения помех «N-го хода развертки» в радиодальномерах с вобуляцией межимпульсного интервала // Радиотехника. 2006. № 11. С.90-93.

102. Кострова Т.Г. Применение амплитудной модуляции зондирующих импульсов для устранения неоднозначных измерений дальности // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сборник научных трудов. Вып. 9.-М.: Радиотехника, 2007. С. 145-150.