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 | 4 | 5 |

Принципы построения и методы оценки эффективности и погрешностей измерений характеристик нелинейных информационно-измерительных радиосистем ближнего действия

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПАНЫЧЕВ Сергей Николаевич

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ РАДИОСИСТЕМ

БЛИЖНЕГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05.12.04 – Радиотехника, в том числе

системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Воронеж 2009

Работа выполнена в Воронежском военно-техническом училище Федеральной службы охраны Российской Федерации

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Авдеев Владимир Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Куприянов Александр Ильич;

доктор технических наук, профессор

Лихачев Владимир Павлович;

Заслуженный деятель науки и техники

РФ, лауреат премий Правительства и Ленинского комсомола

доктор технических наук, профессор

Ярыгин Анатолий Петрович

Ведущая организация ФГУП “Курский научно-исследовательский институт” Министерства обороны РФ

Защита состоится « 9 » апреля 2009 г. в 1400 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.10 ГОУВПО “Воронежский государственный технический университет” по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО “Воронежский государственный технический университет”

Автореферат разослан « » марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Макаров О.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Вопросы теории и практики радиосистем ближнего действия (РБД) в настоящее время выделились в самостоятельное направление. Под РБД понимают системы, действующие на малых расстояниях, как правило, от долей метров до нескольких сотен метров, но в отдельных случаях и до нескольких километров (в зависимости от решаемых задач, а также от размеров антенн). К ним относятся системы извлечения информации (радиолокации, в том числе нелинейной, радионавигации), радиоуправления, передачи информации, разведки, технической защиты информации, радиоэлектронной борьбы и другие.

Усложнение перспективных РБД, обусловленное расширением круга решаемых задач, повышением требований к их надежности и точности функционирования, вызывает заметное увеличение объема измерений и измерительного контроля их параметров и характеристик в процессе разработки, испытаний и эксплуатации. В настоящее время на этапах производства и эксплуатации РБД на измерение и контроль их параметров приходится до 70% трудозатрат, отводимых на разработку, техническое обслуживание и ремонт. В ряде случаев, например, при испытаниях РБД на эффективность и электромагнитную совместимость (ЭМС) этот показатель еще выше. Кроме того, значительная часть номенклатуры РБД является информационно-измерительными устройствами и системами и поэтому требует соответствующего метрологического обеспечения, причем, разумеется, с учетом условий испытаний РБД и их эксплуатации в ближней зоне излучения или приема.



В сложных РБД число измеряемых и контролируемых параметров может достигать нескольких тысяч, а номенклатура используемых при этом приборов и методик измерений – десятков и сотен.

Очень большой объем измерительных процедур в РБД может приводить к снижению эффективности их функционирования; поэтому при выборе измеряемых параметров, назначении норм точности их измерений, определении состава и характеристик средств измерений, методик контроля и испытаний необходимо оценивать конечный результат метрологического обеспечения – увеличение (уменьшение) эффективности применения РБД.

Следствием существующего состояния метрологического обеспечения РБД является неэффективное расходование сил и средств, отведенных на измерения, чрезмерное увеличение числа измеряемых и контролируемых параметров, неоправданное занижение (или завышение) точности измерений в процессе метрологической экспертизы РБД.

Отсутствие методов объединения частных решений в единое оптимальное сводит на нет усилия, направленные на разработку комплекса мероприятий по метрологическому обеспечению РБД. Сам факт проведения метрологической экспертизы РБД свидетельствует об отсутствии системных методов анализа и синтеза метрологического обеспечения, методик оценки эффективности технических решений при выборе измеряемых параметров, установлении норм точности, определении состава и характеристик средств и методов измерений.

К настоящему времени теория и техника РБД развивается более 40 лет и можно говорить о том, что сложились ее научные основы. В России в данном направлении работали группы исследователей под руководством О.И. Шелухина, В.Б. Штейншлейгера, Н.С. Вернигорова, А.А. Горбачева, Л.Д. Бахраха, А.П. Курочкина, Г.Н. Щербакова, Д.В. Семенихиной, С.В. Ларцова, Б.М. Петрова, А.А. Потапова, Е.П. Чигина, Г.Д. Михайлова.

В последнее время состав РБД значительно пополнился средствами нелинейной радиолокации, связи, навигации, радиоразведки и противодействия. Однако до настоящего времени нет единой теории, объединяющей основы принципов построения, алгоритмы функционирования и методы оценки эффективности этих радиотехнических средств и систем, которые с точки зрения классификации являются специфическим классом нелинейных информационно-измерительных радиосистем (НИИРС) ближнего действия.

Для них, как и для обычных НИИРС, актуальной является «вечная» проблема повышения эффективности функционирования: во-первых, увеличение дальности действия, а во-вторых, улучшение информативности и точности получаемой с помощью них информации.

Анализ показывает, что искомый радикальный подход, позволяющий выявить и обосновать принимаемые решения, а затем оценить их последствия, должен быть основан на целенаправленном развитии общей теории НИИРС. Она обеспечивает поиск путей совершенствования принципов построения НИИРС, способов повышения эффективности их функционирования, а также поддержания качества метрологического обеспечения, понимаемого в широком смысле (как совокупность методов и аппаратуры измерений характеристик, а также методов оценки погрешностей измерений этих характеристик).

Одной из наиболее сложных задач исследований в указанном направлении является повышение информативности и достоверности измерительного контроля и испытаний НИИРС на эффективность и электромагнитную совместимость (ЭМС), что обусловлено влиянием возникающих различных нелинейных эффектов, в частности, воздействие непреднамеренных радиопомех мультипликативного характера, нелинейное и параметрическое преобразование сигналов и помех и т.д.

Очевидно, что системный комплексный подход к анализу метрологического обеспечения должен включать анализ целей, задач и содержания метрологического обеспечения НИИРС, необходимый для выбора и обоснования критерия эффективности или в более широком смысле – качества метрологического обеспечения.

Практика испытаний НИИРС на эффективность и ЭМС свидетельствует не только о многообразии нелинейных эффектов при генерировании, усилении, приеме, преобразовании, модуляции, детектировании сигналов и помех, но и о существенном влиянии этих эффектов на точность измерения характеристик НИИРС. Это обстоятельство стимулирует поиск методов определения точности измерения характеристик излучения и приема НИИРС в условиях влияния нелинейных эффектов. Наиболее актуальна эта проблема в нелинейной радиолокации и в практике измерений параметров ЭМС НИИРС.

Однако метрологическое обеспечение нелинейных радиолокационных измерений находится пока только в стадии становления. Кроме того, хотя в теории и практике измерений параметров ЭМС радиосредств и накоплен определенный опыт анализа нелинейных эффектов в передатчиках и приемниках РЭС, но вопросам учета их влияния на точность и другие характеристики качеств применительно к НИИРС уделено явно недостаточное для потребностей практики внимание.

В последнее время в парке техники НИИРС, кроме нелинейных локаторов, появляются также и новые нелинейные радио- и радиотехнические средства – средства радиосвязи, радионавигации, радиоэлектронного подавления и др. Характерной особенностью этой техники является полезное применение ранее считавшихся вредными нелинейных эффектов, возникающих при излучении, приеме и рассеянии радиоволн в процессе передачи информации, пеленгации объектов или постановки радиопомех.

В настоящее время имеется ряд аналитических методов оценки эффективности метрологического обеспечения сложных технических систем, устанавливающих зависимости потенциальной эффективности аппаратуры от точности измерения ее параметров и основанные на математическом аппарате моделирования измерительных процессов марковскими и полумарковскими процессами. Однако математическое моделирование связанных с множеством нелинейных явлений физических процессов измерений параметров НИИРС сопряжено со значительными сложностями, и поэтому необходимо их сочетание с экспериментальными и расчетно-экспериментальными методами оценки эффективности метрологического обеспечения НИИРС. В частности, необходимо развитие методов статистических измерений радиотехнических величин на основе определения законов распределения вероятностей значений определяемых параметров НИИРС.

Как отмечалось, характерной особенностью НИИРС является их функционирование в условиях ближней зоны, которое неизменно связано не только с нелинейными явлениями, но и со снижением точности измерений характеристик излучений и приема НИИРС. Недостаточная проработка соответствующих теоретических вопросов привела к тому, что в настоящее время в большинстве случаев отсутствуют рекомендации по проведению измерений параметров НИИРС в широкой полосе частот в условиях ограничений ближней зоны, обеспечивающие требуемую достоверность результатов испытаний.

Существующие методы испытаний НИИРС в ближней зоне во многих случаях не удовлетворяют потребностям практики, в первую очередь, из-за невысокой точности получаемых результатов и высокой стоимости испытаний. В связи с этим требуется совершенствовать средства и методы испытаний НИИРС в условиях территориальных ограничений.

Кроме того, возможности методического аппарата для оценки эффективности НИИРС имеют существенные ограничения, обусловленные, главным образом, отсутствием системного подхода к анализу метрологического обеспечения НИИРС, недостаточным учетом нелинейных влияний на качество их функционирования, сложностью математического моделирования функционирования НИИРС методами марковских и полумарковских процессов, недостаточной проработкой вопросов, связанных с оценкой точности измерений в условиях ограничений ближней зоны.

Как показал анализ, практически вся существующая техника

НИИРС не удовлетворяет современным требованиям по эффективности, причем, в первую очередь, по дальности действия и по точности измеряемых параметров. Эта специфика проблемы обусловлена физическими особенностями нелинейных эффектов, возникающих при излучении, нелинейном рассеянии и приеме электромагнитных волн. Так, увеличение мощностей зондирующих сигналов не приводит к существенному увеличению зоны действия НИИРС, при этом значительно усугубляется проблема повышения эффективности НИИРС из-за отрицательных последствий влияния нелинейных эффектов, в частности, из-за создания непреднамеренных электромагнитных помех окружающим радиосредствам.

Таким образом, между практическими потребностями в расширении области применения НИИРС и во всесторонней оценке их качества, с одной стороны, и существующими техническими возможностями НИИРС и ограниченной теорией оценки характеристик их эффективности, с другой, существует глубокое противоречие. Устранение данного противоречия обусловливает актуальность выбранной темы данной диссертационной работы. Решение этой проблемы позволит, на наш взгляд, обеспечить прорыв в дальнейшем развитии НИИРС и их использовании в различных технических приложениях.





Диссертационная работа выполнена по плану научной работы ВВТУ ФСО РФ в рамках НИР “Концепция – В”.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является развитие основ теории НИИРС ближнего действия в интересах разработки и обоснования одного из новых перспективных направлений создания радиотехнических систем и средств на новых физических принципах.

Достижение поставленной цели вызывает необходимость решения следующей научной проблемы изыскание и обоснование принципов построения НИИРС ближнего действия и совершенствование методического аппарата оценки их эффективности и погрешностей измерений их характеристик на основе выявления и изучения специфических особенностей взаимодействия электромагнитных волн с объектами с нелинейными электрическими свойствами в интересах модернизации существующих и создания новых радиотехнических систем и средств различного назначения.

Фундаментальная часть проблемы заключается в развитии научно-методических основ теории НИИРС в части совершенствования и комплексного теоретического и экспериментального обоснования принципов построения и алгоритмов функционирования одного из типов НИИРС – НИИРС ближнего действия, а также в части количественного учета влияния качества привлекаемого метрологического обеспечения нелинейных радиоизмерений, проводимых на этапе испытаний этих НИИРС, на достигаемый показатель их эффективности.

Прикладная часть проблемы заключается в обосновании технического облика и потенциальных возможностей перспективных радиотехнических систем и устройств широкого класса – нелинейной радиолокации, радиосвязи, радионавигации, радиопеленгации, радиоэлектронного подавления, технической защиты информации, радиолокационных и антенных измерительно-испытательных комплексов ближнего действия, а также комплексов измерения параметров ЭМС и радиоэлектронной защиты РЭС.

Как показал анализ, решение указанной проблемы структурно состоит из решения следующих шести основных задач:

1. Поиск и теоретическое и экспериментальное обоснование принципов построения перспективных (с улучшенными характеристиками) НИИРС ближнего действия.

2. Разработка методического аппарата синтеза оптимальных структур и алгоритмов обнаружения, распознавания и измерения характеристик объектов с нелинейными электрическими свойствами в НИИРС ближнего действия.

3. Развитие основ информационно-энтропийной теории оптимального приема и обработки сигналов в НИИРС ближнего действия.

4. Разработка модели метрологического обеспечения НИИРС с использованием информационно-энтропийного метода оценки эффективности НИИРС.

5. Совершенствование (в направлении унификации) методического аппарата оценки погрешностей нелинейных радиоизмерений в НИИРС.

6. Апробация принципов построения и методов оценки эффективности НИИРС в практике разработки и испытаний средств нелинейной радиолокации, радионавигации, радиосвязи, радиоэлектронного подавления и технической защиты информации.

Методы исследования. Выполненные исследования базируются на использовании методов статистической и информационной теорий измерений, булевой алгебры, теории интервального анализа, теории систем со случайно изменяющейся структурой, а также на моделировании и экспериментальных методах оценки эффективности устройств и систем. Общей методологической основой является системный подход к анализу и синтезу сложных динамических систем.

Объектами теоретических и экспериментальных исследований при применении указанных методов являлись НИИРС ближнего действия, включающие следующие образцы техники:

- нелинейные радиолокаторы и обнаружители;

- антенные измерительные комплексы;

- комплексы для измерения параметров ЭМС РЭС;

- радиолокационные измерительные комплексы (РИК);

- технические средства защиты информации и др.

Научная новизна исследования в целом заключается в разработке научных основ единой теории НИИРС ближнего действия, которые хотя и отличаются назначением, но все либо основаны на использовании нелинейных эффектов, возникающих при излучении, приеме и рассеянии электромагнитных волн, либо подвержены влиянию этих эффектов.

Научная новизна частных результатов заключается:

в развитии принципов построения техники нелинейной радиолокации, радионавигации, радиосвязи, радиоподавления и защиты информации с улучшенными техническими характеристиками;

в разработке основ информационно-энтропийной теории приема и обработки радиосигналов в НИИРС, которая основана на применении новых критериев качества приема и алгоритмов обработки сигналов, позволяющих существенно повысить эффективность НИИРС, особенно при использовании широкополосных сигналов;

в обосновании, аналитическом описании и применении универсального показателя эффективности функционирования НИИРС, отличающегося учетом влияния точности нелинейных радиоизмерений;

в расширении перечня частных показателей качества метрологического обеспечения НИИРС, что позволяет более полно и обоснованно оценивать их эффективность;

в разработке структурных схем информационно-измерительных РБД, отличающихся большей дальностью действия и достоверностью получаемой в них информации;

в развитии теории информационно-измерительных систем в направлении синтеза методов оптимальных по критерию точности информационно-измерительных РБД в областях нелинейной радиолокации, антенных измерений, измерений характеристик рассеяния радиолокационных целей, нелинейной радионавигации, технической защиты информации;

в развитии методического аппарата комплексной оценки систематических и случайных погрешностей измерений характеристик излучений, приема и рассеяния электромагнитных волн, отличающегося учетом нелинейных эффектов и специфики условий ближней зоны;

в разработке новых методик измерений характеристик излучений и приема НИИРС, основанных на использовании эффектов нелинейного взаимодействия электромагнитных волн с объектами с нелинейными электрическими свойствами.

Совокупность новых научных результатов, выносимых на защиту:

1. Принципы построения НИИРС ближнего действия, основанные на использовании эффектов нелинейного параметрического резонанса, интермодуляции и перекрестных искажений в передатчиках РЭС и блокирования в приемниках РЭС, обеспечивающие увеличение зоны действия, повышение точности и возможность распознавания нелинейных объектов, реализованные в нелинейных фазовых, частотных и импульсных обнаружителях, радиодальномерах, радиопеленгаторах, средствах радиоподавления и технической защиты информации.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 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.