Главная » 2014»Август»4 » Скачать Разработка устройств измерения дальности до сложного источника излучения при нарушении условия совместной оценки его параметров. бесплатно
4:21 AM
Скачать Разработка устройств измерения дальности до сложного источника излучения при нарушении условия совместной оценки его параметров. бесплатно
Разработка устройств измерения дальности до сложного источника излучения при нарушении условия совместной оценки его параметров
Диссертация
Автор: Жуков, Михаил Михайлович
Название: Разработка устройств измерения дальности до сложного источника излучения при нарушении условия совместной оценки его параметров
Справка: Жуков, Михаил Михайлович. Разработка устройств измерения дальности до сложного источника излучения при нарушении условия совместной оценки его параметров : диссертация кандидата технических наук : 05.12.04 Воронеж, 2005 145 c. : 61 06-5/1270
Объем: 145 стр.
Информация: Воронеж, 2005
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
11 Измерения дальности в радиолокации и пассивной радиолокации
12 Модель сложных источников излучения
13 Выводы
2 ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ ДО СЛОЖНОГО ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ С НЕИЗВЕСТНЫМ РАЗМЕРОМ И УГЛОМ ОРИЕНТАЦИИ ПРИ ИЗЛУЧЕНИИ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА КАЖДЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
21 Синтез устройства измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении гармонического сигнала каждым излучателем
• 22 Характеристики оценки параметров сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении гармонического сигнала каждым излучателем
23 Оценка дальности до двухточечного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении гармонического сигнала каждым излучателем
24Вывод ы
3 ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ ДО СЛОЖНОГО ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ С НЕИЗВЕСТНЫМ РАЗМЕРОМ И УГЛОМ ОРИЕНТАЦИИ ПРИ ИЗЛУЧЕНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО УЗКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА КАЖДЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
31 Синтез устройства измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем
32 Характеристики оценки параметров сложного источника радиоиз-* лучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем
33 Оценка дальности до двухточечного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем
33Выводы
4 ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ ДО СЛОЖНОГО ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ С НЕИЗВЕСТНЫМ РАЗМЕРОМ И УГЛОМ ОРИЕНТАЦИИ ПРИ ИЗЛУЧЕНИИ СЛУЧАЙНОГО УЗКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА КАЖДЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
41 Синтез устройства оценки дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении случайного узкополосного сигнала каждым излучателем
42 Характеристики оценки параметров сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем
43 Оценка дальности до двухточечного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем
44Вывод ы
Введение:
Для повышения эффективности охраны объектов, несения службы необходимо точное определение координат объектов: сопровождение грузов, нахождение координат охраняемых предметов, нахождение координат возможных нарушителей, определение точного положения групп задержания ПЦО (пунктов централизованной охраны).
Любой объект представляет собой источник излучения или переизлучения волн, имеющих различную природу. По излучению этих источников определяются их параметры, среди которых координаты, скорость, размер.
Радиосигнал, переизлученный или излученный объектом наблюдения является основой обнаружения, определения координат и их производных, а также и некоторых других характеристик (размеров, параметров движения) объектов. Поскольку структура и параметры волнового поля, создаваемого удаленными объектами, зависят от положения и скорости движения объекта, то такое волновое поле несет информацию об источнике поля - наблюдаемом объекте. Дальность до объекта определяется исходя из свойства радиоволн распространяться в однородной среде прямолинейно с постоянной скоростью. Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн позволяют рассчитать дальность R от PJIC до объекта путем измерения времени прохождения сигнала т0 = 2R/ с до объекта и обратно.
При пассивной радиолокации сигналом, принимаемым РЛС, является собственное излучение. Здесь для измерения дальности используется постоянство скорости распространения электромагнитной волны.
Применение средств пассивной радиолокации имеет ряд преимуществ по сравнению с активной. К ним относятся значительно меньшее энергопотребление, отсутствие необходимости в использовании облучающей аппаратуры, повышенная скрытность в работе.
Одним из методов измерения дальности в пассивной локации является использование дифференциальной временной задержки в качестве непосредственно измеряемого параметра. В этом случае на различные участки раскрыва антенны электромагнитное поле от источника излучения приходит с запаздыванием относительно момента времени прихода волны в центр раскрыва антенны.
Анализ распределения поля по раскрыву антенны, сводящийся к анализу и извлечению информации из дифференциальной временной задержки, позволяет использовать пассивную локацию для оценки дальности источников излучения. Точность оценки дальности характеризуется дисперсией оценки, которая, при измерении дальности по кривизне
О 1 А волнового фронта равна [73,43,44] Di(Rm/Ro)=180Ro /л z hi , где Rm-оценка дальности; Ro-истинное значение дальности; z-отношение сигнал-шум; b2=L/-n/Xr^, L-поперечный размер приемной антенны; А,-длина волны радиоизлучения.
По пространственным характеристикам различают несколько видов моделей источников излучения [29, 43, 103]: точечные, многоточечные, поверхностно-распределенные, объемные, протяженные и другие. Протяженная цель может быть представлена совокупностью большого числа случайных статистически независимых точек, заполняющих некоторую область пространства, характеризуемую размерами цели. Такая модель называется многоточечной. А совокупность 'большого числа светящихся точек в отдельно рассматриваемой координатной плоскости радиолокационного наблюдения может быть сведена к минимуму и в ряде случаев заменена двухточечной моделью[69]. И точность оценки дальности может быть повышена за счет использования апертуры источника излучения [54,58].
В случае сложного (многоточечного) источника излучения для измерения дальности используется более общий метод - дифференциальной временной задержки [89,106]. Дисперсия оценки дальности в этом случае определяется соотношением [54,58] D2(Rm/Ro)=D i (Rm/R0X 1+15а2), где а=с!ЬШ1о-число Френеля, d-расстояние между излучателями совокупного источника излучения.
Как видно из D2(Rm/Ro) точность оценки дальности в этом случае может быть значительно выше, чем точность оценки дальности по кривизне волнового фронта. Однако, при этом необходимо точное знание расстояние d между излучателями[54,58]. Т.е. повышение точности оценки дальности, при малых габаритах антенны, достигается за счет использования апертуры источника излучения. Поэтому, для повышения точности оценки дальности до источника излучения, при малых габаритах приемной антенны, необходимо располагать априорными сведениями об источнике излучения, к которым относятся размер, угол ориентации, распределение амплитуд и начальных фаз.
В [34] показано, что при использовании продольно-протяженной антенны для регистрации колебаний от сложного источника излучения, точность оценки дальности значительно выше, чем точность оценки дальности при приеме на плоскую антенну. Таким образом, использование продольно-протяженной антенны возмещает прирост в точности который обеспечивался знанием размера источника излучения. Но в реальных ситуациях помимо размера источника излучения неизвестным параметром является угол ориентации.
Отсюда, актуальной задачей является разработка способов и устройств измерения дальности уменьшающих зависимость точности измерения от априори неизвестных параметров источника излучения.
Целью диссертационной работы является: разработка устройств измерения дальности с повышенной точностью до сложного источника излучения с неизвестным распределением амплитуд и фаз, размером и углом ориентации при различной временной структуре его сигнала.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• синтезировать устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении гармонического сигнала каждым излучателем и приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• выполнить анализ точностных характеристик оценки дальности синтезированного устройства обработки совокупности гармонических сигналов;
• синтезировать устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем и приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• выполнить анализ точностных характеристик оценки дальности синтезированного устройства при обработке совокупности узкополосных детерминированных сигналов;
• синтезировать устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении случайного узкополосного сигнала каждым излучателем и приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• выполнить анализ точностных характеристик оценки дальности синтезированного устройства обработки совокупности случайных узкополосных сигналов.
Методы проведения исследования. Выполненные исследования базируются на теории помехоустойчивого радиоприема, теории статистических решений, методе максимального правдоподобия, теории радиотехнических систем и устройств, и используют ряд математических теорий и методов, среди них, теория матриц, метод малого параметра, методы решения интегральных уравнений, методы математической статистики, методы решения экстремальных задач.
В результате выполненных исследований получены следующие результаты, которые обладают научной новизной:
• синтезировано устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при нарушении условия совместной оценки его параметров для гармонического сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• синтезировано устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при нарушении условия совместной оценки его параметров для детерминированного узкополосного сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• синтезировано устройство оценки дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при нарушении условия совместной оценки его параметров для случайного узкополосного сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну;
• точностные характеристики оценки дальности до двухточечного источника излучения с неизвестным размером и углом ориентации при нарушении условия совместной оценки его параметров для гармонического, узкополосного детерминированного и случайного сигналов каждого излучателя и при приеме сигналов на продольно-протяженную антенну.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Устройство измерения дальности до сложного источника излучения с неизвестным размером и углом ориентации для гармонического сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
2. Устройство измерения дальности до сложного источника излучения с неизвестным размером и углом ориентации для детерминированного узкополосного сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
3. Устройство измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации для случайного узкополосного сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
4. Точностные характеристики оценки дальности до двухточечного источника излучения с неизвестным размером и углом ориентации для гармонического, узкополосного детерминированного и случайного сигналов каждого излучателя и при приеме сигналов на продольно-протяженную антенну.
Синтезированные блок-схемы приемных устройств позволяют разработать приборы, используемые в навигации, в пассивной радиолокации, в устройствах и системах охранной сигнализации для измерения дальности при нарушении условия совместной оценки его параметров.
В этом случае габариты приемных антенн устройств измерения дальности могут быть сокращены при сохранении точности измерения.
Внедрение научных результатов.
Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в учебном процессе в Воронежском институте МВД и в госудаственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Министерства обороны Российской Федерации.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
1. XI международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь". Воронеж, 2005.
2.-3. VIII, IX международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях". Воронеж, 2003, 2004.
4.-6. Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы борьбы с преступностью". Воронеж, 2002, 2003, 2004.
7. IV Всероссийской научно-практической конференции "Охрана, безопасность и связь". Воронеж, 2003.
8.-9. Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем". Воронеж, 2003, 2004.
10.-11 IV Всероссийской научно-практической конференции "Охрана, безопасность и связь". Воронеж, 2003, 2005.
По теме диссертации опубликовано 16 работ. и
Диссертация состоит из четырех разделов и заключения.
В первом разделе работы рассмотрены методы измерения дальности в радиолокации, системах навигации, в приборах и системах охранной сигнализации. Проведен сравнительный анализ.
Выполнены исследования по применению условия пространственно-временной узкополосности для приема колебаний от совокупности источников излучения на продольно-протяженную антенну.
Во втором разделе выполнен синтез устройства измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при нарушении условия совместной оценки его параметров для гармонического сигнала каждого излучателя и при приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
Поскольку принимаемый сигнал представляет собой случайный ^ процесс, то для оценки дальности использован метод максимального правдоподобия, получены структура приёмника и предложена блок-схема его реализации. Измерительное устройство составлено из типовых радиотехнических блоков: перемножителей, сумматоров, и управляемых фазовращателей.
Из анализа системы уравнений парвдоподобия следует, что измерение дальности с помощью синтезированного устройства имеет плохую точность. Для получения оценок применяются методы регуляризации системы линейных уравнений. Наименьшим рассеянием обладают оценки, полученные с помощью псевдообратной матрицы в характеризации по Муру-Пенроузу. Для исключения зависимости оценок от истинного значения матрица вторых производных сигнальной функции приводится к диагональному виду с помощью замены переменных и находятся оценки с ^uiioMjvt*псшощью псевдообратной матрицы в характеризации по Муру-Пенроузу. Так * переменные дальность размер, угол ориентации источника излучения следует заменить на новые переменные дальность, видимый размер источника излучения. Заметим, что при этом сокращается размерность пространства параметров.
В измерительном устройстве для перехода к новым переменным осуществляются изменения в блоке формирования фазы опорного сигнала.
Для определения точности оценки параметров, при работе устройства измерения дальности в новых переменных, был выполнен анализ выходного напряжения приемника и получена корреляционная матрица оценок параметров. Для источника, состоящего из совокупности двух излучателей определена дисперсия оценки дальности при приеме колебаний на продольно протяженную антенну, при неизвестном размере и угле ориентации источника излучения.
В третьем разделе работы выполнен синтез устройства измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении детерминированного узкополосного сигнала каждым излучателем и приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
Для синтеза приемного устройства вновь использован метод максимального правдоподобия.
Для разрешаемых источников построена блок-схема приёмного устройства. Отличительной особенностью этого устройства является использование квадратурных формирователей в блоке опорного сигнала, другие элементы схемы перемножители, сумматоры и регулируемые фазовращатели являются типовыми.
При обработке в измерительном устройстве узкополосного сигнала возможно измерение дальности при неизвестном размере и угле ориентации.
Выполнен анализ выходного сигнала приемника и получены точностные характеристики оценок параметров совокупности источников радиоизлучения узкополосного радиосигнала.
Найдена точность оценки дальности до совокупности двух радиоизлучателей детерминированного узкополосного сигнала при приеме на продольно-протяженную антенну. Сравнение дисперсий оценок дальностей показала, что в ряде случаев точность измерения выше при работе в пространстве дальность видимый размер чем в пространстве дальность, размер, угол ориентации.
Четвертый раздел диссертационной работы посвящен синтезу устройства измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации при излучении случайного узкополосного сигнала каждым излучателем и приеме сигнала на продольно-протяженную антенну.
Для измерения дальности синтезировано устройство по методу максимального правдоподобия.
Выполнен анализ выходного напряжения приемника. Получена дисперсия оценки дальности до двухточечного источника радиоизлучения случайного узкополосного сигнала с неизвестным размером и углом ориентации при приеме колебаний на продольно-протяженную антенну. Точность измерения дальности до сложного источника радиоизлучения с неизвестным размером и углом ориентации для узкополосного случайного сигнала и гармонического сигнала совпадают при выполнении условия пространственно-временной узкополосности.
В заключении подводятся итоги по диссертационной работе в целом, сделаны общие выводы и сформулированы основные результаты.
