Обработка измерительной информации в системах координатометрии радиоэлектронных средств

На правах рукописи

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

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук

Ведущая организация - »

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, ГУАП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУАП.

Автореферат разослан «____»____________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

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.

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.




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.

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),

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.

При применении классических методов оценки пространственных параметров в этом случае потребуется использование эквидистантной линейной антенной системы (АС) с расстоянием между элементами не превышающим половины длины волны (). Известно, что для разделения N лучей необходимо n=N+1 антенных элементов (АЭ). В частности для разделения компонент двухлучевой волны требуется применение линейной эквидистантной решетки с тремя АЭ.

В таком классическом представлении не обеспечивается однозначное определение прихода радиоволны в пространстве. Для решения данной проблемы обычно используется дополнительная ортогонально размещенная трехэлементная АС. Фактически это приводит к применению АС с количеством элементов . Уменьшение количества АЭ на единицу возможно при совмещении опорных элементов данных подрешеток.




В работе с целью уменьшения количества пеленгаторных антенн предложено применение трех элементной АС с ортогональным размещением по сторонам квадрата (рис. 6) для пеленгования в условиях воздействия двухлучевой волны с определением, как азимута, так и угла места каждого луча. Такая конфигурация АС является типичной во многих существующих пеленгаторах с однолучевым алгоритмом обработки координатной информации.

 

Рис. 6 Трехэлементная АС

В этом случае сигнальный вектор описывается выражением:

, (2)

где: - круговая частота сигнала, x, y – расстояние между АЭ (A1 и A0, A2 и A0), - амплитуда i-го сигнала,- азимут i-го сигнала, - угол места i-го сигнала, - фаза i-го сигнала, , m – количество воздействующих на пеленгатор сигналов.

Тогда ковариационная матрица (1) примет вид:

. (3)

После разложения ковариационной матрицы на собственные значения и собственные вектора осуществляется выделение шумового и ортогонального ему сигнального подпространств.

Опираясь на свойства известного алгоритма Писаренко, можно отметить, что шумовые собственные векторы матрицы А ортогональны направлениям прихода интерферирующих сигналов. С учетом этого для определения пространственных параметров сигналов строится спектр (рис. 7) на основе обращенной эрмитовой формы [3]:

, (4)

где: .

Рис. 7 Пространственный спектр

Решением задачи пеленгования является нахождение координат экстремумов пространственного спектра .

Таким образом, предлагаемый алгоритм с использованием трехэлементной АС позволяет решать задачу пеленгования для основных условий функционирования измерителей (до 90% случаев одно - и двух - лучевого распространения радиоволн).




Функциональная схема алгоритма работы пеленгатора представлена на рисунке 8.

Рис. 8 Функциональная схема алгоритма

Во всех предыдущих рассуждениях подразумевалось, что расстояние между антенными элементами (d) не превышает половины длины волны принимаемого сигнала, т. е. АС является узкобазисной. В то же время известно, что размеры АС непосредственно влияют на инструментальную точность пеленгатора. По этой причине необходимо выбирать величину d достаточной с точки зрения требуемых погрешности и разрешающей способности измерителя. При этом возникает проблема устранения неоднозначности измерений разностей фаз. Выход, как правило, находится в применении многоэлементной неэквидистантной АС. Для решения этой проблемы предложена 8-ми элементная АС (рис. 9).

Рис. 9 Конфигурация АС

Данная АС обеспечивает однозначное пеленгование за счет использования антенн А1,А2,А4,А5 для разрешения неоднозначности и восстановления полных разностей фаз измеренных между элементами АС: А3-А0, А3-А7, А6-А0 и А6-А7. Особенностью данной структуры является максимально возможное удаление узкобазисных подрешеток А1, А2 и А4, А5 от основных элементов АС (А0, А3, А6, А7) для уменьшения взаимного влияния антенн на точность пеленгования.

Пространственное сглаживание ковариационной матрицы при разделении прямых и отражённых лучей или сигнала и помехи при кратковременном электромагнитном контакте с контролируемом РЭС и при жесткой пространственной корреляции обрабатываемых выборок сигналов осуществляется с помощью формирования двух антенных подрешеток (А0,А3,А6 и А7,А3,А6).




Обобщенный алгоритм обработки пеленговой информации при многолучевом воздействии приведен на рисунке 10.

 


Рис. 10 Обобщенный алгоритм обработки пеленговой информации

Разработанный алгоритм обеспечивает пеленгование многолучевого сигнала в условиях ограниченного пространственного и временного ресурсов.

Однако при использовании данного алгоритма на практике необходимо учитывать, что существуют различные эффекты, связанные с неидентичностью элементов АС, взаимовлияние между ними, влияние местных предметов и т. д. Эти эффекты оказывают наибольшее влияние на точность измерения параметров амплитудно-фазового распределения поля, что приводит к смещению получаемых результатов пеленгования.

В связи с этим приходится отказаться от использования амплитудного распределения при формировании ковариационной матрицы. Предлагается в целях уменьшения этого нежелательного явления применить искусственный прием по приведению ковариационной матрицы к виду, который она имеет при накоплении бесконечной выборки некоррелированных сигналов. При этом энергетические множители элементов ковариационной матрицы выравниваются и могут быть вынесены из матрицы.

Алгоритм обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях

Точность существующих и перспективных СКМ, не обеспечивает разделения близкорасположенных объектов, размещенных в пределах эллипса ошибок системы. Это приводит к тому, что они воспринимаются как один объект с соответствующей чрезмерной погрешностью, исключающей правильную идентификацию источников излучений. Очевидно, что для решения данной проблемы необходима разработка алгоритмов обработки координатной информации, основанных на новых методах и свободных от недостатков традиционных подходов.




По результатам работы СКМ за определённый период времени в районе сбора информации можно выделить ряд зон, или, иначе говоря, районов неопределенности, в которых произошла локализация оценок координат ИРИ, как показано на рисунке 11.

Обработка координат засечек в каждом из локализованных районов позволяет получить уточненную оценку и характеристику её точности в виде эллипса ошибок. Однако, подобный подход имеет смысл только в том случае, когда известно, что поле m засечек получено по одному объекту, то есть . В противном случае, когда выборка координат получена по двум и более объектам , , оценка координат будет произведена неправильно. Очевидно, что обработке координат засечек в районе неопределённости должна предшествовать процедура оценки выборки и принятия решения о наличии одного или более объектов в данном районе.

Рис. 11 Результаты измерений двух близкорасположенных ИРИ

Предложено рассмотреть систему координат, в которой оси абсцисс соответствует географическая долгота , а оси ординат − широта . Начало координат помещается в опорную точку, соответствующей центру масс. Точка наблюдения фиксируется на высоте по оси , как показано на рисунке 12. Тогда вектор , определяемый координатами точек и , будет равен

Разложение вектора в ортогональном базисе можно представить в виде , где , . Очевидно, что любой вектор при будет однозначно определяться углами и (рис.12).

Рис. 12 Иллюстрация выбора системы координат для формирования вектора

В этом случае ковариационная матрица для поля засечек будет иметь вид:




,

где - число засечек.

Оценка количества ИРИ в районе и координат их местоположения осуществляется с помощью обращенной эрмитовой формы:

, (5)

для которой свойственна ортогональность между шумовым подпространством и вектором сканирования при его совпадении с координатами отдельных ИРИ.

Таким образом, выражение (5) позволяет определить оценки координат ИРИ путём вычислительной процедуры сканирования моделируемым вектором

по области решений размером , где - размер по, - размер по (рис.12).

Обозначим:

, , .

Тогда для ковариационной матрицы размера переход к пространственному спектру имеет следующий вид:

. (6)

На рисунках 13 и 14 показаны двумерные спектры для случая моделирования одного и двух ИРИ. При этом разнос между ИРИ составил 13 км. Анализ рисунков показывает, что в первом случае имеет место один, а во втором случае два отклика , соответствующие местоположению радиоизлучателей на плоскости. Положения максимумов спектра соответствуют оценкам координат ИРИ.

Рис. 13 Изображение двумерного спектра для случая одного ИРИ в районе

Рис. 14 Изображение двумерного спектра для случая двух ИРИ в районе

Структурная схема алгоритма обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях представлена на рисунке 15.

Алгоритм включает в себя следующие элементы:

·  формирование вектора и его разложение в ортогональном базисе;

·  вычисление ковариационной матрицы и её разложение в собственном базисе на собственные значения и собственные вектора;

·  определение количества ИРИ в районе;




·  формирование направляющего вектора ;

·  сканирование вектором и построение двумерного пространственного спектра;

·  определение координат ИРИ;

·  сечение спектра и вычисление параметров эллипса ошибок.

 

Рис. 15 Алгоритм обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях

В четвертом разделе проведены исследования возможностей разработанных алгоритмов в различных условиях с использованием модели системы координатометрии и натурных испытаний макета пеленгатора.

В качестве модели использована усовершенствованная модель системы координатометрии источников радиоизлучений. Она позволяет проверить качественные и количественные показатели алгоритмов при различных условиях их функционирования.

Достоверность полученных при моделировании результатов проверена с помощью реальной (действующей) системы координатометрии РЭС и комплекса пеленгования, эксплуатирующихся в Радиочастотном центре Северо-Западного федерального округа.

Натурные испытания алгоритмов, наряду с проверкой адекватности модели системы, позволяют оценить эксплуатационные погрешности предложенных алгоритмов и влияние неучтенных при исследованиях различных дополнительных факторов.

Для исследования возможностей алгоритмов разработаны следующие программные модули в среде LabView:

·  модель сигнально-помеховой обстановки в диапазоне до 30 МГц с учетом региональной радиоэлектронной обстановкой;

·  модель ионосферного распространения радиоволны;




·  модель корреляционного радиопеленгатора;

·  программа-клиент пеленгования многолучевого сигнала по реальным сигналам с помощью комплекса «Радар-ВЧ»;

·  модель обработки информации в пеленгаторной сети.

Проведенные исследования на базе модели показали, что разработанный алгоритм пеленгования многолучевого сигнала при максимальных размерах антенной системы 50×50 метров и длительности электромагнитного контакта с сигналом 3-5 секунд позволяет повысить точность пеленгования по сравнению с классическим алгоритмом во всех исследуемых условиях, при этом:

·  при двухлучевом воздействии условия функционирования для классического алгоритма являются нестандартными и по этой причине среднеквадратические отклонения по азимуту составляют 10°-20°, а по углу места - 6°-8°. Наибольшие ошибки (до 80°) наблюдаются в условиях интерференционного замирания сигнала, когда компоненты многолучевой волны находятся в противофазе. При пеленговании в данных условиях с использованием разработанного алгоритма ошибки пеленгования компонент многосигнального воздействия составили по азимуту 0,4°-3°, по углу места - 0,5°-3,5°.

·  при двухлучевом распространении радиоволны и наличии помехи в виде третьего луча или сигнала посторонней станции с относительно небольшим уровнем (до 5% от уровня пеленгуемого сигнала) установлено, что предлагаемый алгоритм сохраняет свою работоспособность, а возникающие смещения в результатах пеленгования сопоставимы со среднеквадратическими погрешностями пеленгования в условиях двухлучевого воздействия и близки к потенциально достижимым величинам.




Одним из практически значимых свойств алгоритма обработки пеленговой информации в условиях сложной электромагнитной обстановки являются его селектирующие возможности, позволяющие выделять из результатов пеленгования существующими средствами данные с минимальными погрешностями. Результаты проведенных экспериментов показывают, что использование алгоритма обработки пеленговой информации в условиях многолучевого воздействия для определения количества компонент пеленгуемой радиоволны имеет достаточную эффективность (таблица 1) и позволяет оценивать достоверность результатов пеленгования, как классическим фазовым способом, так и другими алгоритмами. Кроме того, он может быть применен для селективного выбора алгоритма пеленгования (без разделения или с разделением лучей) при необходимости оптимизировать пропускную способность комплекса.

Таблица 1

Частота (МГц)

5,93

6,08

9,996

Азимут расчетный

188°

130°

Азимут без селекции / СКО

5,3° / 13,267°

190,5° / 18,387°

133,9° / 15,485°

Азимут с селекцией / СКО

6,8° / 0,523°

189,3° / 0,935°

132,7° / 0,8°

Угол места по прогнозу

13° и 26°

14° и 25°

25° и 40°

Угол места без селекции / СКО

20,2° / 9,345°

21,1° / 8,563°

34,3° / 11,342°

Угол места с селекцией / СКО

24,3° / 1,623°

24,8° / 1,272°

38,6° / 1,924°

Ниже представлены экспериментальные результаты исследований предлагаемого алгоритма при пеленговании передатчиков на частотах 6,12 МГц, 9,996 МГц и 10,1008 МГц (Таблица 2) с использованием поста координатометрии ИРИ с максимальным размером АС – 50м при времени контакта с сигналом не более 2 секунд.




Таблица 2

Частота (МГц)

6,12

9,996

10,1008

Расчетный азимут

289°

130°

246°

Измеренный азимут

289°

129°

245°

Расчетные углы места

55° / 68°

14° / 38° / 64°

18,7° / 35°

Измеренный угол места 1-го луча

57°

12°

19°

Измеренный угол места 2-го луча

66°

35°

33°

При пеленговании ИРИ на частоте 6,12 МГц определено, что волна содержит два луча с углами падения 57 и 66 градусов, приходящих с азимута 289 градусов. Моделирование данной трассы свидетельствует о наличии 2-х лучевой ситуации с модами РРВ 1F (150 мкВ/м), 2F (25 мкВ/м) с углами прихода 55, 68 градусов соответственно.

При измерениях на частоте 9,996 МГц определено, что волна содержит два луча с углами падения 12 и 35 градусов, приходящих с азимута 129 градусов. По расчетам в этот момент должны присутствовать моды 1E (85 мкВ/м, угол места 14 градусов), 1F (124 мкВ/м, угол места 38 градусов) и 2F (7 мкВ/м, угол места 64 градуса).

При измерениях на частоте 10,1008 МГц определено, что волна содержит два луча с углами падения 19 и 33 градусов, приходящих с азимута 245 градусов. По расчетам в этот момент должны присутствовать моды 1F (94 мкВ/м, угол места 18,7 градусов) и 2F (35 мкВ/м, угол места 35 градуса).

Полученные результаты подтверждают работоспособность алгоритма в реальных условиях при двух - и трех - лучевом распространении радиоволны, при условии незначительного уровня третьего луча (пример на частоте 9,996 МГц). Полученные в ходе эксперимента погрешности близки к потенциально достижимым величинам.




Таким образом, результаты экспериментальных исследований показывают реальную возможность построения пеленгатора, способного функционировать в условиях многолучевого распространения радиоволн при пространственных ограничениях на размеры площадки для развертывания АС и кратковременном электромагнитном контакте с сигналом контролируемого РЭС.

В ходе исследований алгоритма обработки координатной информации о близкорасположенных источниках с помощью модели системы координатометрии установлено, что существенное влияние на его эффективность оказывают такие факторы, как размер выборки; соотношение объёмов выборок, полученных по каждому источнику; угловое разнесение радиоизлучателей; близость закона распределения ошибок измерения координат к нормальному закону; точность системы координатометрии, по результатам работы которой получена выборка , . Все эти факторы взаимосвязаны и оказывают значительное влияние друг на друга.

Так, для обеспечения разделения ИРИ с угловым разносом в СКМ с точностью 5...10% от удаления ИРИ минимально необходимый объём выборки должен составлять в среднем 20 измерений.

Также установлено, что неравномерность объёмов выборок, полученных по двум ИРИ ( и ), слабо сказывается на результатах оценок, а при практически не оказывает влияния на величину ошибки. При этом угловые ошибки определения координат засечек составили величину 0,2-0,5 градусов, что соответствует линейной ошибке равной 2,5-6 км на дальности 600-700 км.

Экспериментальные исследования осуществлялись путём обработки данных, полученных от одного угломерно-дальномерного комплекса при неоднократном измерении координат двух ИРИ разнесённых на 35 км. Результаты исследований подтвердили, что уже при 15-20 выборках алгоритм позволяет разделить источники.

В заключении приводятся основные результаты, полученные в диссертационной работе.




В приложения вынесены описание модели системы координатометрии источников радиоизлучений; описание модели обработки информации в пеленгаторной сети и описание экспериментального комплекса координатометрии ВЧ диапазона.

Основные результаты работы

1.  Усовершенствована модель системы координатометрии источников радиоизлучений в диапазоне частот до 30 МГц. Её особенностью является наличие динамических описаний радиоэлектронной обстановки в виде базы данных частотных назначений и зарегистрированных радиоэлектронных средств, многолучевого механизма ионосферного распространения радиоволн, модуля расчета траекторных и энергетических характеристик компонент многолучевой радиоволны, модуля измерения пространственных параметров ИРИ и модуля оценивания погрешности измерений. Разработаны программные модули модели системы координатометрии источников радиоизлучения.

2.  Произведен анализ условий функционирования системы координатометрии РЭС в ВЧ диапазоне на трассах радиоконтроля. Определено, что до 90% времени измерители координатной информации функционируют при воздействии одно - и двухлучевых сигналов. Выявлены причины возникновения погрешностей координатометрии источников радиоизлучений, превышающих допустимые значения, с учетом ограничений на размеры антенных площадок и время электромагнитного контакта с контролируемым РЭС. Выбраны основные методы и пути достижения поставленной в диссертационной работе цели.

3.  Разработан алгоритм обработки пеленговой информации в условиях многолучевого воздействия при ограничениях на пространственно-временной ресурс. Его особенностями являются:

а.  применение двумерной антенной системы с минимальным количеством элементов (n=3) при пеленговании двухлучевой волны;

б.  объединение в алгоритме методов пространственного и временного сглаживания ковариационной матрицы при пеленговании кратковременных или коррелированных сигналов;

в.  использование модифицированной фазовой ковариационной матрицы, обеспечивающей обработку координатной информации в условиях повышенных погрешностей амплитудных измерений.

4.  Разработан алгоритм обработки координатной информации о двух близкорасположенных радиоизлучателях, обеспечивающий их локализацию при недостаточной точности пеленгования.

5.  Проведены имитационное моделирование и экспериментальные исследования разработанных алгоритмов. Результаты испытаний подтверждают их работоспособность и повышение точности обработки координатной информации с ее приближением к потенциально достижимой.

Публикации по теме диссертации

1. , Хомсков модель радиопеленгации. // Пятая студенческая научно-техническая конференция ГУАП: Сб. тез. докл. - СПб., 2001. СПбГУАП. С. 68.

2 , Хомсков точности пеленгования многолучевых сигналов. // Сборник докладов седьмой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости ЭМС-2002. - СПб., 20с. ВИТУ. С.371-374.

3. , , Хомсков обработки радиосигналов в системах радиомониторинга. // Сборник докладов седьмой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости ЭМС-2002. - СПб., 20с. ВИТУ. С.374-376.

4. Хомсков работа на открытый конкурс 2002 года на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях РФ. 18с.

5. Хомсков моделирование угломерно-дальномерной системы координатометрии радиоизлучателей. // 59-я Научно-техническая конференция, посвященная Дню радио. С-Пб., 20с. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С.125-127.

6. , Хомсков параметров модели системы координатометрии радиоизлучателей в различных условиях ее функционирования. // Сборник докладов восьмой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости ЭМС-2004.СПб., 20с. ВИТУ, 2004. С.291-293.

7. Хомсков фильтрации в системах координатометрии для повышения точности пеленгования. // Восьмая научная сессия ГУАП. Сб. докладов: В 2ч. Ч.1 Технические науки/ГУАП. СПб., 2с. С. 123-125.

8. , , , Хомсков система радиоконтроля на базе пеленгаторной сети ВЧ диапазона на больших расстояниях. // Электронный сборник докладов конференции «СПЕКТР-2005». 111с. Cочи 2005. С.100-106.

9. Хомсков пеленгования многолучевого сигнала при ограниченном пространственно-временном ресурсе. // Электросвязь №2-2007, - М. 2007. С. 52-53.




Подпишитесь на рассылку:

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.