авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Обработка измерительной информации в системах координатометрии радиоэлектронных средств

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Хомсков Антон Евгеньевич

ОБРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ КООРДИНАТОМЕТРИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление

и обработка информации (в технике и технологиях)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Мироновский Леонид Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шепета А. П.

кандидат технических наук Митянин Александр Геннадьевич

Ведущая организация - ФГУП «Радиочастотный центр Северо-Западного Федерального Округа»

Защита состоится «____» мая 2007 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.233.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» по адресу:

г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д.67, ГУАП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУАП.

Автореферат разослан «____»____________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Осипов Л. А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Анализ современного состояния и тенденций развития телекоммуникационных технологий свидетельствует об обострении проблемы обеспечения эксплуатационной готовности радиочастотного ресурса к безотказному и корректному обслуживанию пользователей. Особую значимость при этом имеет диапазон частот до 30 МГц, где пересекаются не только межрегиональные, но и межгосударственные интересы.

На фоне активного внедрения цифровых способов передачи информации и адаптивных методов использования радиочастот, существующие, как правило, автономно действующие региональные системы радиоконтроля высокочастотного (ВЧ) диапазона не в полной мере соответствуют современным требованиям. Особую актуальность в связи с этим приобрели проблемы идентификации радиоизлучений множества однотипных унифицированных радиоэлектронных средств (РЭС). Наиболее информативными среди измеряемых параметров в процессе радиоконтроля в современных условиях являются географические координаты источника радиоизлучений (ИРИ). Однако существующие системы координатометрии ИРИ и реализованные в них алгоритмы обработки измерительной информации часто не соответствуют современным требованиям по точности определения местоположения передатчиков при решении задач радиоконтроля. Известные теоретические решения данной проблемы, как правило, ориентированы на применение пеленгаторных антенн с большими пространственными размерами и на длительный электромагнитный контакт с сигналом контролируемого ИРИ.

Поэтому выбор рациональной структуры и алгоритмов обработки координатной информации в системах координатометрии РЭС является важной и актуальной задачей. Особую научную и практическую значимость приобретает проблема обеспечения точности определения координат радиоизлучателей и их идентификации в процессе измерений при ограниченных пространственно-временных ресурсах системы радиоконтроля.

Целью работы является повышение точности радиопеленгования при обработке информации в условиях многолучевого электромагнитного воздействия на систему координатометрии и обеспечение идентификации близкорасположенных источников радиоизлучений в диапазоне частот ниже 30 МГц в условиях ограничений на пространственно-временной ресурс.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

  • анализ условий функционирования средств координатометрии источников радиоизлучений и их возможностей на примере типичной радиоэлектронной обстановки в Северо-Западном федеральном округе;
  • усовершенствование модели системы координатометрии радиоэлектронных средств ВЧ диапазона;
  • выбор математического метода обработки координатной информации в условиях сложной сигнально-помеховой обстановки и ограниченных пространственно-временных ресурсов системы радиоконтроля;
  • разработка алгоритма обработки пеленговой информации с повышенной точностью в условиях многолучевого и многосигнального воздействия с использованием малоэлементной антенной системы и алгоритма обработки координатной информации о близкорасположенных источниках радиоизлучений, работающих на одной частоте;
  • исследование возможностей разработанных алгоритмов путем математического моделирования и натурных испытаний.

Методы исследования. Исследования, проводимые в диссертационной работе, соответствуют классической схеме исследований в рамках системного подхода.

В диссертационной работе использовались методы теории линейной алгебры, математического анализа и теории координатометрии источников радиоизлучений.

При выполнении математического моделирования в работе использовались методы статистического моделирования и методы обработки данных.

Реализация алгоритмов и компьютерное моделирование осуществлялось с помощью пакета графического программирования LabView.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • динамическая модель системы координатометрии источников радиоизлучений ВЧ диапазона;
  • алгоритм обработки пеленговой информации в условиях многолучевого воздействия при ограничениях на пространственно-временной ресурс;
  • алгоритм обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях, работающих на одной частоте.

Научная новизна работы. К научным результатам, составляющим новизну диссертации, относятся:

  • усовершенствованная модель системы координатометрии ИРИ в ВЧ диапазоне, особенностью которой является включение в ее состав модулей динамических описаний радиоэлектронной обстановки, радиоканала, ионосферы, блока обработки и интерпретации результатов координатометрии;
  • алгоритм и программа обработки пеленговой информации в условиях многолучевого воздействия в сложной электромагнитной обстановке при ограниченном пространственно-временном ресурсе с применением малоэлементной антенной системы.
  • алгоритм и программа обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях, работающих на одной частоте.

Практическая ценность полученных в диссертации результатов

Практическая значимость полученных результатов, заключающаяся в повышении точности пеленгования и определения местоположения источников радиоизлучений в условиях сложной электромагнитной обстановки, подтверждена актами об использовании предлагаемых алгоритмов и модели системы координатометрии РЭС в опытно-конструкторской работе «Натиск-1П» НИИ «Вектор» при разработке перспективного комплекса координатометрии источников радиоизлучения в ВЧ диапазоне и в автоматизированной системе управления радиоконтролем Радиочастотного центра Северо-Западного федерального округа.

Апробация результатов работы. Публикации

Основные положения диссертационной работы докладывались на 59-ой международной научно-технической конференции, посвященной Дню радио (Санкт-Петербург, 2004г.

), международной конференции “Нормативно-правовое регулирование использования радиочастотного спектра «СПЕКТР-2005»” (Сочи, 2005г.) и четырех российских конференциях: пятая студенческая научно-техническая конференция ГУАП (СПб, 2001г.), седьмая российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости ЭМС-2002 (СПб, 2002г.), восьмая российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости ЭМС-2004 (СПб, 2004г.), восьмая научная сессия ГУАП (СПб, 2005г.). Результаты студенческой работы в рамках данной тематики на открытом конкурсе 2002 года на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях РФ отмечены медалью Министерства Образования РФ.

Алгоритмы, выносимые на защиту, апробированы на тематическом семинаре лаборатории компьютерного моделирования кафедры «Вычислительных систем и сетей» СПбГУАП.

По теме диссертационных исследований опубликовано 9 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста и содержит 94 рисунок. Приложения насчитывают 46 страниц. Список литературы содержит 77 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определена цель и сформулированы решаемые в работе задачи. Перечислены новые научные результаты, полученные при выполнении работы, показаны практическая ценность и результаты апробации работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе анализируются современные возможности и состояние системы координатометрии радиоизлучателей на фоне радиоэлектронной обстановки в Северо-Западном федеральном округе РФ с учетом перспектив ее развития.

Приводятся результаты оценивания частотно - пространственных характеристик радиоэлектронной обстановки и электромагнитного поля, воздействующего на измеритель параметров положения источников радиоизлучения, учитывается международный опыт эксплуатации средств и комплексов определения местоположения источников радиоизлучения. Вскрываются научно-технические проблемы повышения точности координатометрии источников радиоизлучения и формулируются основные направления исследований:

  • разработка алгоритмов обработки пеленговой информации с повышенной точностью в условиях многолучевого и многосигнального воздействия при пространственных и временных ограничениях условий функционирования системы координатометрии;
  • разработка алгоритма обработки координатной информации для разделения близкорасположенных ИРИ, работающих на одной частоте.

Результаты оценивания частотно-пространственных характеристик радиоэлектронной обстановки (рис. 1).

Рис. 1 Частотное и территориальное распределение РЭС

доказывают, что средствам координатометрии радиоизлучателей приходится функционировать в сложной электромагнитной обстановке. При этом требуемые точности координатометрии ИРИ и разрешающей способности системы в пространственной области не должны быть хуже нескольких километров. Это следует из анализа распределения минимальных расстояний между источниками радиоизлучения (рис. 1), которые являются ограничивающим фактором при идентификации радиоизлучений в процессе ведения радиоконтроля.

Траекторный анализ на основных трассах радиоконтроля показывает, что многолучевое распространение имеет место при приходе в точку приема от одного источника нескольких электромагнитных волн (лучей), приводящих к интерференционным замираниям сигнала и флуктуациям измеряемого пеленга. Амплитуды и фазы поля отдельных лучей определяются условиями среды, в которой они распространяются, а их различие приводит к появлению интерференционной структуры поля, влияющей на условия функционирования измерительных средств.

Подтверждено, что для ионосферного канала, являющегося характерным для основных трасс радиоконтроля в диапазоне частот до 30 МГц, важным мешающим фактором является многолучевое распространение радиоволн. Исследование условий функционирования системы координатометрии ИРИ произведено на основе ее усовершенствованной модели, обобщенная схема которой приведена на рисунке 2.

 бобщенная структура системы-2

Рис.2 Обобщенная структура системы координатометрии

С учетом основных параметров частотно-пространственного распределения источников радиоизлучения на территории Северо-Западного федерального округа РФ показано, что на трассах до 1500 км в основном имеет место одно- и двухлучевое распространение волн при преимущественном отражении от слоев F1 и F2 (рис.3).

Данные условия распространения радиоволн оказывают существенное влияние на корректность функционирования угломерно–дальномерных измерителей, составляющих основу системы координатометрии РЭС радиочастотной службы РФ.

Представленные в работе результаты расчетов показывают, что условия функционирования систем координатометрии РЭС весьма динамичны и зависят от целого ряда факторов: уровня солнечной активности, времени суток, частоты сигнала и других физико-географических условий. Важным здесь является наличие как крутопадающих, так и пологих траекторий, а также возможность появления интерференционных явлений, решающим образом сказывающихся на точности измерения параметров положения ИРИ.

 ероятности появления одно, двух и-3

Рис. 3 Вероятности появления одно, двух и трех лучевых волн и отражения от слоев ионосферы в точке приема (D<1500 км)

Приведенные в работе результаты эксперимента, а так же опыт эксплуатации угломерно-дальномерного комплекса в Центре радиомониторинга (г. Санкт-Петербург) в период диссертационных исследований показывает, что точность определения координат ИРИ часто не удовлетворяет практическим потребностям системы радиоконтроля. Это проявляется, чаще всего, в режиме координатометрии РЭС угломерно-дальномерным методом из одного пункта, когда результаты дальнометрии в условиях многосигнального (многолучевого) воздействия отличаются от истинных до 50 – 100%.

Подтверждением влияния условий функционирования пеленгаторов на их точность может служить тот факт, что потенциальные возможности измерительных средств по пеленгованию ИРИ (рис. 4) существенно выше результатов их эксплуатационных погрешностей.

 отенциальная и эксплуатационная-4

Рис. 4 Потенциальная и эксплуатационная погрешности пеленгования в диапазоне частот

При этом потенциальная точность определения координат ИРИ с учетом только инструментальных ошибок пеленгования составляет: для угломерных систем из двух радиопеленгаторов 3.5...4% от дальности; для одного УДК 5...7% от дальности.

Значительная разница между ожидаемыми и реальными результатами чаще всего определяется влиянием помех (мешающих ИРИ) и многолучевостью распространения радиоволн.

Оценка эффективности функционирования существующей пространственно-разнесенной системы координатометрии (СКМ) проведена с помощью ее усовершенствованной модели путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными. В качестве критерия использовано отношение радиуса среднеквадратической ошибки определения местоположения ИРИ Rск к расстоянию до излучателя от точки приема D (Rск/D). Анализ проведен для различных конфигураций СКМ: четыре и шесть угломерных станций (УС); один УДК; два и три УДК, объединенных в одну сеть. Для оценки точности всех анализируемых структур СКМ выбраны единые исходные данные: топология размещения пеленгаторных пунктов на местности - линейная, эквидистантная с базой пеленгования B = 700 км, глубина зоны пеленгования D = 150...1400 км.

Результаты сравнительного анализа показали, что ошибки определения местоположения на практике в 1,5-2 раза выше, чем расчетные. Это свидетельствует о том, что алгоритмы пеленгования и обработки координатной информации, используемые в настоящее время, в значительной степени неадекватны реальным условиям.

Таким образом, очевидно, что при эксплуатации систем координатометрии ИРИ в ВЧ диапазоне существуют две важные проблемы, требующие своего разрешения:

  1. возможности алгоритмов обработки измерительной информации в существующих комплексах координатометрии ВЧ диапазона не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по точностным показателям, особенно в условиях многосигнального (многолучевого) воздействия, особенно при ограничениях на размеры антенных площадок и длительности электромагнитного контакта с сигналами контролируемых РЭС;
  2. характеристики существующих систем координатометрии ИРИ не обеспечивают однозначную идентификацию близкорасположенных источников радиоизлучения.

Во втором разделе приводится краткая характеристика основных методов оценивания пространственных параметров радиоволн, классифицируются методы измерения параметров положения источников радиоизлучения (рис 5),

 лассификация методов оценивания-5

Рис. 5 Классификация методов оценивания пространственных параметров

анализируются их потенциальные возможности и осуществляется выбор метода для решения поставленных задач.

При этом, анализ классических методов и алгоритмов пеленгования показал ограничения их применения в условиях моносигнального (однолучевого) воздействия, а сравнение возможностей современных методов обработки координатной информации в условиях сложной сигнально-помеховой обстановки и ограниченных ресурсах системы координатометрии РЭС позволило выбрать в качестве базового метода – собственно структурный метод сверхразрешения MUSIC.

В третьем разделе развиваются классические методы обработки координатной информации с применением собственно-структурных алгоритмов в условиях ограниченного пространственно-временного ресурса. В частности решаются две задачи: пеленгование многолучевого сигнала и координатометрия двух близкорасположенных источников.

Алгоритм обработки пеленговой информации при многолучевом воздействии

Современные концепции получения оценок пространственных параметров основаны на использовании корреляционных связей между сигналами, принятыми пространственно разнесенными антенными элементами. Они описываются ковариационной матрицей, формируемой в соответствии с выражением:

, (1)

где - вектор отсчетов оцениваемых сигналов в элементах АС, * - знак эрмитова сопряжения, E – оператор математического ожидания.

Для отдельной плоской волны справедливо выражение:

,

где U- амплитуда сигнала, - вектор пространственных координат, - волновое число , - случайная фаза, - круговая частота.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.