Разработка алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Рылов Евгений Александрович

• Рылов Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Рылов Евгений Александрович

Введение

Глава 1 Обоснование необходимости использования методов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами

1.1 Анализ условий распространения радиоволн и помеховой обстановки в диапазоне коротких волн

1.1.1 Условия распространения радиоволн в КВ диапазоне

1.1.2 Особенности применения КВ радиосвязи на морских судах

1.1.3 Электромагнитная обстановка в корабельных КВ комплексах радиосвязи

1.1.4 Методы математического моделирования сигналов и помех в КВ радиолиниях с морскими судами

1.2 Методы повышения помехоустойчивости КВ радиолиний с морскими судами

1.2.1 Обзор методов повышения помехоустойчивости

1.2.2 Методы пространственно-временной обработки сигналов

1.3 Эффективность пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами

1.3.1 Понятие эффективности пространственно-временной обработки сигналов

1.3.2 Потенциальная (гарантированная) эффективность пространственной обработки сигналов в КВ радиолиний с морскими судами

1.4. Выводы по главе

Глава 2 Математическое моделирование сигналов и помех в КВ радиолиниях

с морскими судами

2.1 Моделирование сигналов различной пространственной когерентности в КВ радиолиниях с морскими судами

2.1.1 Моделирование пространственно-когерентных сигналов

2.1.2 Моделирование частично-когерентных сигналов

2.1.3 Моделирование пространственно-некогерентных сигналов

2.1.4 Моделирование процессов случайной структуры с использованием стохастических дифференциальных уравнений

2.1.5 Оценка адекватности математических моделей

2.2 Оценивание параметров сигналов различной пространственной когерентности

2.3 Выводы по главе

Глава 3 Синтез и анализ быстрых алгоритмов пространственно-временной

обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами

3.1 Модифицированный градиентный алгоритм адаптации

3.1.1 Индивидуальная и групповая обработка

3.1.2 Быстрый градиентный алгоритм с переменным шагом

3.2 Прямые методы адаптации антенных решёток с аппроксимацией выборочных корреляционных матриц матрицами специального вида

3.3 Адаптивные алгоритмы случайного поиска весовых коэффициентов

3.4 Алгоритм калмановской фильтрации в задачах адаптации антенных решёток

3.5 Выводы по главе

Глава 4 Разработка предложений по практической реализации алгоритмов

пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами

4.1 Систолические вычислители для реализации алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов

4.2 Реализация алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов на ПЛИС

4.3 Предложения по практическому размещению адаптивных антенных систем на узлах связи и морских судами

4.4 Анализ ЭМС в КВ радиолиниях с морскими судами, использующими многоэлементные антенны

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами»

Актуальность работы

Успешное выполнение задач по обеспечению экипажей морских судов всеми видами связи в различных регионах мирового океана возможно только при комплексном использовании различных родов связи. При этом немаловажная роль принадлежит КВ радиосвязи, которая в отдельных регионах может стать единственным средством, обеспечивающим управление морским судном, а также предоставляющим возможность обеспечить передачу информации с береговыми службами или с портом приписки. Экипажи современных морских судов имеют в своем распоряжении различные виды связи: спутниковые системы связи и навигации, УКВ и КВ радиосредства. Очевидно, что в большей части мирового океана экипажи отдают предпочтение спутниковым средствам, а в прибрежной зоне - УКВ радиосредствам. Это связано, в первую очередь, с высоким качеством связи и сравнительно высокой пропускной способностью.

Однако в случае возникновения внештатной ситуации и в отдельных регионах, в частности, при перемещении судов в высоких северных и южных широтах, КВ радиосвязь является зачастую единственным средством связи. Это связано с тем, что в высоких широтах связь со спутниками неустойчива и не обеспечивает требуемой скорости передачи. Даже при перемещении по северному морскому пути суда проходят зоны, в которых отсутствует спутниковая связь.

Так, например, организация спутниковой связи в Арктике через космические аппараты на геостационарной орбите имеет существенные ограничения из-за малых углов места видимости космическим аппаратом над горизонтом, что приводит к ухудшению энергетических характеристик спутниковых радиолиний. Систему связи для Арктического региона необходимо создавать как единую цифровую коммуникационную среду, которая должна обеспечивать не только предоставление услуг связи, но и обеспечивать информационный обмен для систем управления и безопасности, экстренных служб, мониторинга и логистики, а также для многих других процессов, систем и служб. Кроме того, одним из основных требований является необходимость построения системы на базе отечественного оборудования. Поэтому крайне важным является обеспечение комплексного применения всех видов связи, включая КВ.

Широкому применению КВ радиосредств препятствуют такие недостатки этого вида радиосвязи как зависимость её качества и устойчивости от условий прохождения радиоволн, связанных не только с особенностями распространения радиоволн, но и перегруженностью

диапазона радиосредствами и, соответственно, сложной помеховой обстановкой, а, следовательно, низкой помехозащищённостью и малой пропускной способностью.

Для повышения помехоустойчивости КВ радиолиний с морскими судами требуется комплексное применение различных методов и алгоритмов. Существуют разные подходы к решению данной задачи, среди основных из которых можно выделить следующие.

1. Использование сложных широкополосных сигналов на основе фазовой модуляции (ФМ) псевдослучайной последовательности (ПСП) и других способов модуляции, которые на протяжении длительного времени применяются в данном диапазоне [ 1, 2].

2. Применение сигнально-кодовых конструкций в сочетании с использованием широкополосных сигналов [3-6].

3. Использование методов псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) в КВ диапазоне [7-9].

4. Пространственно-временная обработка сигналов (ПВОС) в приёмных многоэлементных антенных системах, формируемых в основном на базе фазированных антенных решёток (ФАР) [10-16].

ПВОС в приёмных и передающих антенных системах является одним из наиболее распространённых и эффективных методов обеспечения требуемой помехоустойчивости КВ радиолиний. Данный метод, с одной стороны, не требует расширения полосы частот передаваемого радиосигнала, а с другой стороны, может быть использован совместно с другими методами. При этом за счёт применения широкополосного сигнала (ШПС) или ППРЧ с известной структурой (определяемой псевдослучайной последовательностью на приёмной стороне) упрощается выделение опорного сигнала, требуемого для функционирования алгоритмов ПВОС, оптимальных по критерию минимума среднеквадратической ошибки между принимаемым и опорным сигналом.

Известны различные подходы к ПВОС в радиотехнических системах. Наиболее общим является подход, предполагающий синтез оптимальных алгоритмов обработки для различных систем сигналов и основанный на статистических методах принятия решения путём вычисления отношения функций правдоподобия непосредственно для многомерного случая, определяемого числом антенных элементов, что позволяет получить совместные алгоритмы ПВОС и оптимального приёма, максимизирующие энергетическую эффективность радиолинии в целом. Такие методы рассмотрены в ряде работ [17-20] для различных пространственных фильтров и сигналов различной пространственной когерентности. В случае пространственно-некогерентных сигналов, имеющих место при реализации пространственно-разнесенного приёма, теоретическая основа данных методов была заложена в работе [21]. Однако получаемые при таких подходах

алгоритмы требуют высоких вычислительных затрат, а при большом числе антенных элементов приёмной антенны становятся нереализуемыми в практических приложениях.

Другой подход основан на построении подоптимальных алгоритмов, при использовании которых предполагается декомпозиция задачи на задачу пространственно-временной обработки сигналов до демодулятора и задачу оптимального приёма. Для этого случая получены более простые и реализуемые алгоритмы ПВОС [11-16], однако в данных работах не были разработаны подоптимальные быстрые алгоритмы и не учтена специфика КВ радиосвязи с морскими судами, приводящая к изменениям пространственной когерентности сигналов и к необходимости осуществления обработки в нестационарных ситуациях сигнально-помеховой обстановки.

Известны реализуемые варианты пространственной обработки сигналов в КВ радиолиниях, учитывающие специфику организации КВ радиосвязи, виды принимаемых сигналов и особенности практического построения антенных систем [22-27]. При этом предлагается применение адаптивных компенсаторов помех и методов формирования парциальных диаграмм направленности в кольцевых антенных решётках с минимумами в направлениях на помехи. Данные работы представляют несомненный практический интерес, однако в них, во-первых, не учтена специфика КВ радиолиний с морскими судами и размещения ААР с малым числом элементов на судах, что не позволяет использовать данные методы и алгоритмы без существенной модификации и проведения дополнительных исследований, во-вторых, не представлены адекватные реальным сигнально-помеховым ситуациям математические модели сигналов различной пространственной когерентности и реализуемые на современной элементной базе быстрые алгоритмы ПВОС, исследование которых должно включать предложения по реализации на береговых и корабельных станциях КВ радиолиний с морскими судами и создание макетов цифровых процессоров ПВОС, а в-третьих, предложенные алгоритмы функционируют только в стационарных ситуациях сигнально-помеховой обстановки.

В связи с изложенным тема диссертационной работы, посвящённая разработке математических моделей сигналов и помех в КВ радиолиниях с морскими судами, синтезу и анализу быстрых алгоритмов ПВОС и предложений по их реализации, включая размещение адаптивных антенн на береговых станциях и морских узлах, а также создание процессоров для реализации алгоритмов, является актуальной и практически важной.

Объектом исследований являются КВ радиолинии с морскими судами.

Предметом исследований являются алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов.

Целью данной работы является повышение эффективности пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами на основе разработки и

совершенствования быстродействующих алгоритмов и предложений по их практической реализации.

Для достижения указанной цели требуется решение следующей основной научной задачи - разработки быстродействующих алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами и их практической реализации на существующих и перспективных судах и береговых узлах связи морского флота РФ.

Достижение указанной цели требует решение следующих частных задач:

1. Обоснования показателей эффективности ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами.

2. Оценки потенциальной (гарантированной) эффективности ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами.

3. Разработки математических моделей сигналов и помех в КВ радиолиниях с морскими судами с учётом особенностей распространения радиоволн и размещения антенных систем на морских объектах.

4. Оценки адекватности разработанных математических моделей в форме стохастических дифференциальных уравнений.

5. Разработки алгоритмов ПВОС в КВ радиолиниях с морскими объектами для стационарных и нестационарных ситуаций сигнально-помеховой обстановки и размещения ААР на морских объектах и береговых узлах связи.

6. Разработки структур параллельных систолических вычислителей и ПЛИС для реализации алгоритмов ПВОС и создания макетов на их основе.

7. Разработки предложений по практической реализации устройств ПВОС на морских объектах и береговых узлах связи.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Осуществлена разработка математических моделей сигналов и помех в КВ радиолиниях с морскими судами на основе синтеза стохастических дифференциальных уравнений по заданным статистическим характеристикам сигналов и помех.

2. Разработаны быстрые модифицированные алгоритмы ПВОС в приёмных антенных системах, основанные на градиентных итерационных процедурах поиска экстремумов и обладающие более высокой скоростью сходимости при той же помехоустойчивости по сравнению с известными.

3. Разработаны алгоритмы ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами, основанные на непосредственном обращении корреляционных матриц, учитывающие специальную структуру матриц в зависимости от геометрии антенной системы, обладающие на порядок меньшей вычислительной сложностью по сравнению с известными.

4. Разработаны алгоритмы ПВОС на основе модифицированных фильтров Калмана, функционирующие в нестационарных сигнально-помеховых ситуациях.

Теоретическая ценность проведённого исследования заключается в том, что:

1. Получены стохастические дифференциальные уравнения, позволяющие моделировать сигналы и помехи в КВ радиолиниях с морскими судами при их различных, в общем случае негауссовских распределениях.

2. Получены модифицированные градиентные алгоритмы адаптации приёмных и передающих антенных систем КВ радиолиний с морскими судами с переменным шагом сходимости.

3. Разработаны прямые алгоритмы адаптации с теплицевыми, блочно-теплицевыми и циркулянтными корреляционными матрицами.

4. Получены алгоритмы ПВОС для нестационарных сигнально-помеховых ситуаций на основе модифицированных фильтров Калмана.

Методы исследований. Теоретическая часть работы основана на применении методов теории синтеза пространственно-временных алгоритмов, теории систем сигналов, теории нелинейной фильтрации и методов моделирования на ЭВМ. Программная реализация решенных задач выполнена в средах Simulink и Matlab.

Практическая ценность научных исследований заключается в следующем:

1. Предложена модель КВ радиоканала с морскими судами, основанная на стохастических дифференциальных уравнениях, в средах MATLAB и SIMULINK, позволяющая моделировать сигналы различной пространственной когерентности и анализировать помехоустойчивость радиолиний морской радиосвязи.

2. Разработан в среде MATLAB программный комплекс для анализа различных классов алгоритмов ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами.

3. Разработаны структуры цифровых процессоров для реализации алгоритмов ПВОС в виде систолических структур и на ПЛИС, выполнена практическая реализация модифицированных градиентных алгоритмов и алгоритмов непосредственного обращения матриц на ПЛИС семейства Xilinx и Intel (Altera).

4. Предложены практические варианты реализации и размещения разработанных адаптивных антенн на береговых и морских объектах.

Внедрение результатов работы (акты представлены в приложении к диссертационной работе):

1. В АО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс» при выполнении научно-исследовательской работы «ППМ-АФАР-Связь» (отчёт о НИР № 18/217) при создании научно-

исследовательского задела в области радиотехнических линий связи с беспилотными летательными аппаратами, а именно:

- математические модели сигналов в каналах морской радиосвязи на основе стохастических дифференциальных уравнений;

- алгоритмы пространственной обработки сигналов в системах морской радиосвязи;

- процессоры пространственной обработки сигналов на базе ПЛИС.

2. В АО НВП «ПРОТЕК» на этапе теоретического обоснования принципов построения и алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в компенсаторе помеховых сигналов в ходе выполнения составной части опытно-конструкторской работы «Мобилок-П» использованы материалы исследований, а именно:

- математические модели сигналов в каналах морской радиосвязи на основе стохастических дифференциальных уравнений;

- алгоритмы пространственной обработки сигналов в системах морской радиосвязи;

- структура процессора пространственной обработки сигналов на базе ПЛИС.

3. При разработке архитектуры модуля специального программного обеспечения платы специального вычислителя опытного образца на этапе «Разработка РКД для изготовления опытного образца» опытно-конструкторской работы шифр «Ригель» в ООО «Специальный технологический центр» (СТЦ) использована структура процессора пространственной обработки сигналов на базе ПЛИС.

4. В учебном процессе Балтийского государственного технического университета «Военмех» имени Д. Ф. Устинова использованы полученные в работе научные результаты:

- математические модели сигналов в каналах морской радиосвязи на основе стохастических дифференциальных уравнений;

- алгоритмы пространственной обработки сигналов, основанные на непосредственном

обращении корреляционных матриц и на методах калмановской фильтрации.

5. В учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного университета телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича реализованы материалы диссертационной работы:

- математические модели сигналов различной пространственной когерентности на основе стохастических дифференциальных уравнений:

- алгоритмы пространственной обработки сигналов на основе калмановской фильтрации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели сигналов и помех в приёмных многоэлементных антеннах, основанные на стохастических дифференциальных уравнениях, параметры которых определяются по статистическим характеристикам сигналов и помех радиолиний КВ радиосвязи

с морскими судами, позволяющие в отличие от известных учесть различную пространственную когерентностью сигналов и помех, адекватность которых доказана при сравнении с реальными экспериментальными данными.

2. Быстрые алгоритмы ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами, обеспечивающие более чем на порядок повышение скорости сходимости вычислительных процедур по сравнению с известными и позволяющие осуществлять настройку параметров к изменениям сигнально-помеховой обстановки в нестационарных ситуациях, характерных для функционирования приёмных антенн морских объектов.

3. Разработанные конструкции и созданные макеты цифровых процессоров обработки сигналов для реализации синтезированных алгоритмов ПВОС и предложения по практической реализации алгоритмов на существующих и перспективных судах и береговых узлах связи морского флота РФ, применение которых позволит повысить отношение мощности сигнала к суммарной мощности помех и шума в КВ радиолиниях с морскими судами на величину до нескольких десятков децибел в зависимости от количества антенных элементов.

Апробация работы

Материалы, представленные в диссертации, прошли апробацию на международных и всероссийских научно-практических конференциях:

- 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications, SYNCHROINFO 2021;

- CEUR Workshop Proceedings, 2021;

- Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, X Международная юбилейная НТК, СПбГУТ, 2021;

- Труды V научного форума телекоммуникации: Теория и технология ТТТ-2021, XXIII Международная НТК - Самара: ПГУТИ, 2021;

- Электронные средства и системы управления. Международная НПК - Томск: ТУСУР, 2021;

- Всероссийская НМК «ПКМ-2021». - СПб: СПбГУТ, 2022;

- Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, XI Международная юбилейная НТК, СПбГУТ, 2022.

Публикации

По теме исследований представленной в диссертации опубликовано 20 работ, из них 2 статьи в ведущих рецензируемых отечественных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 3 - в сборниках материалов международных конференций, индексируемых в Scopus; 12 - в сборниках

материалов всероссийских конференций и журналов, входящих в список РИНЦ; 3- в патентах на изобретения.

Структура диссертации

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

В первой главе рассмотрены особенности распространения радиоволн в КВ радиолиниях с морскими судами, обосновано понятие эффективности ПВОС в КВ радиолиниях и оценена гарантированная эффективность в условиях воздействия наихудших помех.

Вторая глава посвящена обоснованию класса и разработке математических моделей сигналов и помех в КВ радиолиниях, учитывающих особенности распространения радиоволн при организации связи с морскими судами, проведён синтез стохастических дифференциальных уравнений для описания параметров сигналов и помех и их анализ в среде Simulink.

В третьей главе разработаны различные виды быстрых алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов для реализации на береговых узлах связи и на кораблях в классе градиентных алгоритмов с переменным шагом адаптации, алгоритмов непосредственного обращения корреляционных матриц специальной структуры и линейной калмановской фильтрации и проведён анализ их эффективности в среде MATLAB.

Четвертая глава посвящена предложениям по практической реализации разработанных алгоритмов на систолических процессорах и ПЛИС и разработке конкретных вариантов размещения адаптивных антенных систем на кораблях и береговых узлах связи.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

Глава 1 Обоснование необходимости использования методов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с

морскими судами

В данной главе обосновывается необходимость использования методов ПВОС в КВ радиолиниях с морскими судами. На основе анализа условий распространения радиоволн в КВ диапазоне, вариантов применения средств КВ радиосвязи на морских судах и электромагнитной обстановки в корабельных комплексах связи делается вывод о необходимости применения методов обработки сигналов для повышения помехоустойчивости радиолиний.

Проводится анализ различных подходов для решения задачи повышения помехоустойчивости, обосновывается выбор методов ПВОС, которые могут применяться совместно со всеми другими методами, при этом они не снижают спектральную эффективность радиолинии, однако несколько усложняют приёмную антенную систему.

В завершающем параграфе введено понятие эффективности ПВОС, как достижение наибольшего быстродействия ПВОС при обеспечении требуемого отношения мощности сигнала к суммарной мощности помех и шума на входе приёмника. Данный критерий наиболее конструктивен для линий КВ радиосвязи с морскими судами в условиях быстроизменяющейся сигнально-помеховой обстановки. Показано, что быстродействие ПВОС является определяющим фактором при анализе потенциальной (гарантированной) эффективности ПВОС в случае воздействия наихудших в пространственно-временном смысле помех.

1.1 Анализ условий распространения радиоволн и помеховой обстановки в диапазоне коротких волн

1.1.1 Условия распространения радиоволн в КВ диапазоне

Успешное выполнение задач по обеспечению экипажей морских судов всеми видами связи в различных регионах мирового океана возможно только при комплексном использовании различных родов связи. При этом немаловажная роль принадлежит КВ радиосвязи, которая в отдельных регионах может стать единственным средством, обеспечивающим управление морским судном, а также предоставляющим возможность обеспечить передачу информации с береговыми службами или с портом приписки. Экипажи современных морских судов имеют в своем распоряжении различные виды связи: спутниковые системы связи и навигации, УКВ и КВ радиосредства. Очевидно, что в большей части мирового океана экипажи отдают предпочтение спутниковым средствам, а в прибрежной зоне - УКВ радиосредствам. Это связано, в первую очередь, с высоким качеством связи и сравнительно высокой скоростью передачи.

Однако в случае возникновения внештатной ситуации и в отдельных регионах, в частности, при перемещении судов в высоких северных и южных широтах, КВ радиосвязь является зачастую единственным средством связи. Это связано с тем, что в высоких широтах связь со спутниками неустойчива и не обеспечивает требуемой скорости передачи. Даже при перемещении по северному морскому пути суда проходят зоны, в которых отсутствует спутниковая связь.

Так, например, организация спутниковой связи в Арктике через космические аппараты на геостационарной орбите практически невозможна из-за имеющихся ограничений в виде малой зоны видимости космическим аппаратом над горизонтом в северных широтах.

В настоящее время задача формирования инфотелекоммуникационной структуры Северного морского пути, требующая обеспечения непрерывного предоставления современных телекоммуникационных услуг: голосового трафика, передачи данных, навигационных данных, по маршруту следования кораблей-грузоперевозчиков и судов сопровождения с использованием только спутниковой связи невозможна. Поэтому крайне важным является обеспечение комплексного применения всех видов связи, включая и КВ радиосвязь.

Однако широкому применению КВ радиосредств для организации связи с морскими объектами препятствует такой основной недостаток этого вида радиосвязи как зависимость её качества и устойчивости от условий прохождения радиоволн, связанной не только с особенностями распространения, но и с перегруженностью диапазона радиосредствами и, соответственно, со сложной помеховой обстановкой. Следовательно, недостатками КВ радиосвязи является низкая помехоустойчивость и сравнительно малая пропускная способность.

К диапазону коротких волн (КВ) относятся радиоволны, лежащие в диапазоне частот от 3 до 30 МГц (в интервале от 10 до 100 м). Короткие волны могут распространяться в виде как поверхностных (земных) радиоволн, так и пространственных (ионосферных) радиоволн. В связи со значительным поглощением в полупроводящей поверхности Земли земные волны способны распространяться на сравнительно небольшие (до нескольких десятков километров) расстояния. Поэтому для системы КВ радиосвязи с морским судами использование земных волн возможно в прибрежных зонах, а при большем удалении от береговых узлов связи актуальным является использование механизма пространственного распространения радиоволн через ионосферу [2832].

Ионосферу необходимо рассматривать как неоднородную среду, свойства которой, к тому же, постоянно меняются в пространстве и времени. Более того, на сравнительно медленные изменения, вызванные метеорологическими и астрофизическими процессами, также накладываются флуктуационные процессы, вызванные образованием, перемещением и исчезновением локальных неоднородностей [30].

Другим важным эффектом, проявляющимся при распространении радиоволн в ионосфере в присутствии магнитного поля Земли, является эффект изменения поляризации волны. Поляризация определяется фигурой, которую описывает конец вектора напряжённости электрического поля на волновом фронте за период высокочастотного колебания, и зависит от направления распространения волны относительно силовых линий магнитного поля Земли, электронной плотности и частоты. Как правило, принято рассматривать поляризацию в толще ионосферы и на выходе волны из нее. В первом случае тип поляризации влияет на величину поглощения энергии волны, а во втором - на согласование поляризации приёмной антенны с принимаемой волной.

В приёмнике поляризация принимаемого сигнала, после прохождения через ионосферу, соответствует той, которая была получены после выхода из ионосферы, однако отличается от той, которая была при проникновении в ионосферу, т. е. при распространении происходит поворот плоскости поляризации. Данный эффект называется эффектом Фарадея, который наблюдал его в оптическом диапазоне при распространении света в анизотропных средах. Эффект Фарадея сильно проявляется при распространении через ионосферу ультракоротких

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рылов Евгений Александрович, 2023 год

Список литературы

1 Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985.

- 384 с.

2 Тузов Г.И. Статистическая теория приёма сложных сигналов. - М.: Сов. Радио, 1977.

- 400 с.

3 Бураченко Д. Л., Савищенко Н.В. Геометрические модели сигнально-кодовых конструкций. - СПб: ВАС, 2020. - 390 с.

4 Варгаузин В.А., Цикин И.А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи. - СПб: БХВ-Петербург, 2013. - 352 с.

5 Голиков А. М. Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах. - СПб: Лань, 2021. - 452 с.

6 Кандауров Н.А. Сигнально-кодовые конструкции для низкоэнергетических широкополосных радиолиний декаметрового диапазона. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М: МТУСИ, 2019. - 147 с.

7 Борисов В. И., Лимарев А.Е., Лепендин А.В. и др. Вероятность ошибки на бит при множественном доступе в сетях с ППРЧ // Теория и техника радиосвязи, 2015, № 4, С. 36-46.

8 Макаренко С. И., Иванов М. С., Попов С. А. Помехозащищённость систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. - СПб: 2013. - 166 с.

9 Чуднов А. М. Об адаптивных алгоритмах псевдослучайного переключения рабочих частот радиолиний в условиях случайных и преднамеренных помех // Журнал Радиоэлектроники.

- 2015. - № 4. - 14 с.

10 Тарасов Г. А., Тарасов А. Г. Адаптивная пространственно-временная обработка ФМ-сигналов в многолучевых каналах связи на основе алгоритма Калмана // Цифровая обработка сигналов. - 2009. - № 4. - С. 27-32.

11 Монзинго Р.А., Миллер Т. У. Адаптивные антенные решётки: Введение в теорию. -М.: Радио и связь. - 1986. - 448 с.

12 Журавлев А. К., Хлебников В.А., Глушанков Е.И. и др. Адаптивные радиотехнические системы с антенными решётками //Л.: Изд-во ЛГУ. - 1991. - 544 с.

13 Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ.- М.: Радио и связь.

- 1989. - 440 с.

14 Журавлев А. К., Лукошкин А. П., Поддубный С.С. Обработка сигналов в адаптивных антенных решётка. - Л.: ЛГУ. - 1983. - 240 с.

15 Van Trees H.L. Optimum array processing. Part IV of Detection, Estimation and Modulation Theory. - Copyright © 2002 by John Wiley & Sons, Inc., New York. - 1443 p.

16 Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решётках. - М.: ЛЕНАНД, 2022. - 240 с.

17 Пространственно-временная обработка сигналов. Под ред. И. Я. Кремера. -М.: Радио и связь, 1984. - 224 с.

18 Нахмансон Г.С. Пространственно-временная обработка широкополосных сигналов. -М.: Радиотехника, 2015. - 255 с.

19 Перов А. И. Статистическая теория радиотехнических систем. - М.: Радиотехника, 2022. - 840 с.

20 Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. -М.: Радио и связь, 2014. - 608 с.

21 Андронов И. С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. -М.: Сов. Радио, 1971. - 408 с.

22 Николашин Ю. Л., Будко П.А., Жуков Г. А., Угрик Л.Н. Новое направление создания помехоустойчивых радиолиний декаметрового диапазона // Техника средств связи, 2021, № 1 (153), С. 2-27.

23 Мирошников В. И., Будко П.А., Жуков Г. А. Компенсаторы помех для ППРЧ радиолиний декаметрового диапазона волн // Техника средств связи, 2019, № 2 (146), С. 8-20.

24 Будко П.А., Жуков Г. А., Журавлева Н. Г. Применение цифровых адаптивных компенсаторов помех для повышения эффективности декаметровых радиолиний // Вопросы применения цифровой обработки сигналов, 2016, том 6, № 3, С. 482-487.

25 Ворфоломеев А.А. Повышение эффективности КВ радиосредств пространственно-временной селекцией с учётом изменяющихся геофизических условий. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Омск: ОмГТУ, 2014. - 151 с.

26 Маковий В.А., Чупреев С.А. Адаптивный компенсатор помех для пакетной радиостанции // Теория и техника радиосвязи, 2017, № 2, С. 115-118.

27 Дворянчиков В.А. Методы повышения эффективности ведомственных систем радиосвязи коротковолнового диапазона. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Омск: ОмГТУ, 2021. - 211 с.

28 Чернов Ю. А. Специальные вопросы распространения радиоволн в сетях связи и радиовещания - Москва: Техносфера, 2018. - 688 c. - ISBN 978-5-94836-503-9.

29 Общая теория радиолокации и радионавигации. Распространение радиоволн [Электронный ресурс]: учебник/ А. Н. Фомин [и др.]. - Электрон. текстовые данные. -Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2017. - 318 с.

30 Яковлев О. И., Якубов В. П., Урядов В.П., Павельев А. Г. Распространение радиоволн: Учебник Под ред. О. И. Яковлева.'-М.: ЛЕНАНД, 2009. -496 с.

31 Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М.: Связь, 1972. - 336 с.

32 Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайных средах. - Т. 2. - М.: Мир, 1981. - 317 с.

33 Тихонов В. И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный приём сигналов. -М.: Сов. радио, 1975. -704 с.

34 Савищенко Н.В. Специальные интегральные функции, применяемые в теории связи. - СПб: ВАС, 2012. - 560 с.

35 Кловский Д.Д., Конторович В. Я., Широков С. М. Модели непрерывных каналов связи на основе стохастических дифференциальных уравнений. -М.: Радио и связь, 1984. - 248 с.

36 Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и её инженерные приложения. -М.: Наука, 1988. - 480 с.

37 Кловский Д.Д., Сойфер В. Д. Обработка пространственно-временных сигналов. -М.: Сов. радио, 1975. -704 с.

38 Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний. -М.: Связь, 1979. -296 с.

39 Ярлыков М.С. Применение марковской теории нелинейной фильтрации в радиотехнике. -М.: Сов. радио, 1980. -360 с.

40 Сэйдж Э. Мелс Дж. Теория оценивания и её применение в связи и управлении. -М.: Связь, 1976. - 496 с.

41 Стратонович Р. Л. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике. -М.: Сов.радио, 1961. -560 с.

42 Тихонов В. И., Миронов М. А. Марковские процессы. - М.: Сов.радио, 1977. -468 с.

43 Жуков Г. А., Будко П.А. Широкополосные и узкополосные сигналы в радиолиниях декаметрового диапазона волн // Морская радиоэлектроника. -2020. -№ 2 (72). -С. 32-37.

44 Барабошин А. Ю. Исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещённым радиоцентром декаметрового диапазона. -

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Самара: РНИИР-Самарский филиал, 2021. - 163 с.

45 Саломатин С.Б. Кодирование информации в сетях подвижной связи. - Минск: БГУИР, 2017. - 78 с.

46 Тимощук Р. С. Исследование методов повышения помехоустойчивости систем радиосвязи с использованием технологии MIMO и пространственно-временной обработки сигнала. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Новосибирск: СибГУТИ, 2013. - 136 с.

47 Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчёт помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. -М.: Радио и связь, 1981. - 231 с.

48 Рачицкая А.П. Пространственно-временная обработка радиосигналов при контроле целостности навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем. -Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - СПб: СПбПУ, 2021. -164 с.

49 Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. - М.: Техносфера, 2013. - 528 с.

50 Глушанков Е.И., Гусев Н. А. Повышение эффективности подавления импульсных помех в адаптивных антенных решётках // Изв. вузов - Радиоэлектроника, 1990. -Т.33, № 5. - С. 55-56.

51 Глушанков Е.И., Рылов Е. А., Хренов А.А. Потенциальная эффективность систем морской радиосвязи // В сб.: Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной НПК - Томск: ТУСУР, 2021. - № 1-2. - С. 269-270.

52 Глушанков Е.И., Цветков Д. А., Рылов Е. А. Анализ помехоустойчивости пространственной обработки сигналов в адаптивных антенных системах // Научно-исследовательские публикации, 2022. - № 4. - С. 36-39.

53 Чуднов А. М. Помехоустойчивость линий и сетей связи в условиях оптимизированных помех. Л.: ВАС. 1986. - 127 с.

54 Чуднов А. М. Математические основы моделирования, анализа и синтеза систем. -СПб: ВАС, 2021. - 192 с.

55 Кошарюк В.Ю., Одоевский С. М. Методика оценки эффективности алгоритмов пространственной режекции помех // Радиотехника. - 1996. - № 5. - С. 72-74.

56 Беккиев А.Ю., Борисов В. И. Оценка помехозащищённости каналов радиосвязи в условиях действия помех от средств радиоэлектронной борьбы // Радиотехника и электроника, 2019, том 64, № 9, С. 891-901.

57 Борисов В. И. Анализ помехозащищённости радиотехнических систем на основе вероятностно-временной модели «Система радиосвязи - система РЭБ» // Радиотехника, 2014, № 11, С. 25-36.

58 Глушанков Е.И., Конторович В. Я., Савищенко Н.В. Цифровое моделирование векторных негауссовских случайных процессов, описывающих параметры сигналов и помех в непрерывных каналах// Известия вузов. Радиоэлектроника. - 1995. - Т. 38. - № 3. - С. 69-74.

59 Glushankov, E., Lyalina, A., Rylov, E. Modeling the satellite communication channel based on stochastic differential equations. -CEUR Workshop Proceedings. -2021, 2022. - Pp. 52-59.

60 Глушанков Е.И., Лялина А.Ж., Рылов Е.А. Моделирование в среде Simulink стохастических дифференциальных уравнений, описывающих сигналы в непрерывных каналах связи // В сб.: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, X Международная юбилейная НТК, СПб: СПбГУТ. - 2021. - Т. 3. - С. 78-83.

61 S. I. Resnick. Adventures in Stochastic Processes. Birkh ' auser, Boston, 1992.

62 Казаков А. И., Артемьев В. М. Оптимизация динамических систем случайной структуры. - М.: Наука,1980. - 384 с.

63 Глушанков Е.И., Рылов Е. А., Цветков Д. А. Моделирование каналов случайной структуры с использованием стохастических дифференциальных уравнений // Труды V научного форума телекоммуникации: Теория и технология ТТТ-2021. Материалы XXIII Международной НТК - Самара: ПГУТИ, 2021. - С. 35-36.

64 Блохин В. Г., Глудкин О.П., Гуров А. И., Ханин М. А. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. - М.: Радио и связь, 1997. - 232 с.

65 Лемешко Б. Ю. Непараметрические критерии согласия. Руководство по применению. - М.: ИНФРА-М, 2014. - 163 с.

66 Розенвассер Е.Н., Юсупов Р. М. Чувствительность систем управления. М.: Наука, 1981. - 464 с.

67 Бойко И. А., Глушанков Е.И., Рылов Е. А. Моделирование градиентного алгоритма адаптации антенной решётки в среде MATLAB // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. - 2022. - № 1. - С. 55-61.

68 Boyko, I.A., Glushankov, E.I., Kirik, D.I., Korovin, K.O., Rylov, E.A. Algorithms for multiple signals adaptive processing in radio engineering systems antenna arrays. - 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications, SYNCHROINFO 2021 -Conference Proceedings 2021, 9488370.

69 Бойко И. А., Глушанков Е.И., Рылов Е. А. Моделирование градиентного алгоритма адаптации антенной решётки в среде MATLAB // В сб.: Актуальные проблемы

инфотелекоммуникаций в науке и образовании, X Международная юбилейная НТК, СПб: СПбГУТ. - 2021. - Т. 3. - С. 49-54.

70 Воеводин В. В., Тыртышников Е.Е. Вычислительные процессы с теплицевыми матрицами. - М.: Наука, 1987. - 320 с.

71 Глушанков Е.И., Колесников А. Н., Мотков В.И., Родимов В. А. Аппроксимация выборочных корреляционных матриц матрицами специального вида в задачах адаптации центрально-симметричных антенных решёток // В сб.: Пространственно-временная обработка сигналов в системах радиосвязи. Приложение к журналу «Радиотехника». -1992. - С. 41-52.

72 Glushankov, E.I., Kirik, D.I., Kirsanov, D.M., Rylov, E.A. Adaptation of antenna arrays with using correlation matrices of a special types. - 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications, SYNCHROINFO 2021 - Conference Proceedings, 2021, 9488331

73 Кошевой В.М. Использование априорной информации о структуре корреляционных матриц для задачи адаптации // Изв ВУЗОВ. Радиоэлектроника. - 1982. - № 9. - С. 71-73.

74 Глушанков Е.И., Рылов Е. А., Цветков Д. А. Адаптивные алгоритмы случайного поиска весовых коэффициентов в антенных решётках // В сб.: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, X Международная юбилейная НТК, СПб: СПбГУТ. - 2021. - Т. 3. - С. 83-86.

75 Зорич В. А. Математический анализ. Часть 1. - изд. 10, испр. и доп. - М.: МЦНМО, 2019. - 564 с.

76 Турчак Л.И. Основы численных методов. - М.: Наука, 1987. - 320 с.

77 Omgond P., Hema Singh. Constrained Kalman Filter based Interference Suppression in Phased Arrays// IEEE International Microwave and RF Conference (IMaRC), 2014, Pp. 286 - 289.

78 Афанасьев Н. А., Глушанков Е.И., Кирик Д.И., Рылов Е. А. Сравнение винеровского и калмановского решения в задачах адаптации антенных решёток // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. - 2021. - № 3. - С. 33-39.

79 Кун С. Матричные процессоры на СБИС. - М.: Мир, 1991.

80 Фрумкин М. А. Систолические вычисления. - М.: Наука, 1990.

81 Гизатулин Д.Д., Глушанков Е.И., Рылов Е. А., Свиридов А. А. Систолические вычислители для реализации алгоритмов адаптации антенных решёток // В сб.: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, XI Международная НТК, СПб: СПбГУТ, 2022. - С. 124-129.

82 Глушанков Е.И., Горобцов И. А., Кирик Д.И., Прасолов А.А., Рылов Е. А., Титов П. А. Особенности реализации алгоритмов пространственной обработки сигналов на ПЛИС //

Сборник лучших докладов Всероссийской НМК «ПКМ-2021». - СПб: СПбГУТ. - 2022. - С. 5154.

83 Рылов Е. А. Сферы использования и принципы построения радиостанций СДВ диапазона. // Морской вестник. - 2020. - №3 (75). - С. 96-98.

84 Рылов Е. А., Николаев В. В., Руптанова О. Д., Сорокин А. В., Николаев Р. В. Многофункциональные абонентские терминалы - перспективные средства связи надводных кораблей // Морской вестник. - 2020. - №4 (76). - С. 71-73.

85 Бородич С.В. ЭМС наземных и космических радиослужб: Критерии, условия и расчёт.

- М.: Радио и связь. - 1990. - 272 с.

86 Глушанков Е.И., Рылов Е. А., Цветков Д. А. Анализ электромагнитной совместимости в системах морской радиосвязи с многоэлементными антеннами // Морской вестник. - 2021.

- № 3(79). - С. 114-115.

Приложение А (справочное)

Акты внедрения результатов диссертационной работы

- структура процессора пространственной обработки сигналов на базе ПЛИС, использованы АО НВП «ПРОТЕК» на этапе теоретического обоснования принципов построения и алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в компенсаторе помеховых сигналов в ходе выполнения составной части опытно-конструкторской работы «Мобилок-П».

/з» ее 20^/ г.

С.И. Бабусенко

Исп. Кирюшкин В В.

Тел. [phone] доб. 1-24

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель генерального директора

об использовании результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук соискателя Рылова Евгения Александровича

Комиссия в составе:

Председателя комиссии: начальника направления технической защиты информации - Бубликова Дениса Рудольфовича,

Членов комиссии:

Начальника направления разработки и тематических исследований средств криптографической защиты информации - Крамского Николая Николаевича.

Начальника отдела защиты информации - Лифинцева Евгения Витальевича,

Начальника отдела криптографической защиты информации - Киушкина Игоря Николаевича

настоящим Актом подтверждает, что результаты диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук соискателя Рылова Евгения Александровича, а именно - структура процессора пространственной обработки сигналов на базе ПЛИС, использованы при разработке архитектуры модуля специального программного обеспечения платы специального вычислителя опытного образца на этапе «Разработка РКД для изготовления опытного образца» опытно-конструкторской работы шифр «Ригель».

Председатель комиссии:

4IIIIIK 1F.PÍ 1ВОЦИФРОВ01 OPWBIIIIIM. СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИИ Р(К ( ИСК КОП Ф» ОРЧЦИИ

ф| |ич II.IK» i (и уд\и ibhiiiqi i.io.ui uto»

ОЬГМОВМ) II.IK». УЧКЖ.|И1Ш НЫ( IIIH ООКГЧЮВЛННЯ .< лнк l-lll. it рьургскип i осудлрс 1нм1ш.ш

унивтш > г тг.и коммуникации им. ПРО*, ч.л. ьончьр) квичл.

(с1игут)

Юридический адрес; набережная реки Мойки, л 61. литера Д. Санкг-1 leiepflypi. 141186

Почтовый идрсс: Ир Ыиьшсников, д. 22. корп I. l'.iiiKi-lIciepOvpr. 193212 Iс ; (812) 3263! 56. Факс < 812) 3263159 hltp://sul.ru K-mail rector'iísul ru ОКНО 01179934 ОГНИ 1027809197635 ИНН 7808001760 КПП 784001001 OKIMO 40909000

__Jfs

на №_от_

о внедрении научных результатов, полученных в диссертационной работе Евгения Александровича Рылова «Разработка алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами»

Комиссия в составе декана факультета радиотехнологий связи к.т.н., доцента Кирика Д.И., заведующего кафелрой радиосистем и обработки сигналов к.ф.-м.н., доцента Коровина К.О. и доцента кафедры радиосистем и обработки сигналов к.т.н. J 1иконцева А.Н. составила настоящий акт в том. что научные результаты, полученные Евгением Александровичем Рыловым в диссертации «Разработка алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в КВ радиолиниях с морскими судами», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы:

При чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплине: 1. «Статистические методы обработки случайных сигналов и помех в радиотехнических системах» (регистрационный номер 20.04/650-Д) для бакалавров, разделы профаммы:

- Методы описания сигналов,

- Фильтрация сигналов радиотехнических систем в условиях априорной неопределенности.

«Методы обработки сигналов в радиотехнических системах» (регистрационный номер 20.04/259-Д) для магистрантов, разделы программы;

- Методы описания сигналов и изображений. Параметрические и нспараметричсские модели.

В указанных дисциплинах использованы следующие новые научные результаты, полученные Евгением Александровичем Рыловым в диссертационной работе:

УТВЕРЖДАЮ

И.о. проректора по научной работе доктор технических наук, с.н.с