Виявлення радіолокаційних сигналів на основі сплайн-перетворень - Автореферат

Мета роботи - покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу метеонавігаційної радіолокаційної станції (МНРЛС) на фоні завад, що дасть змогу раніше виявляти та оминати небезпечні зони грозової хмарності. Створити нові методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу. Побудувати та покращити характеристики виявлення радіолокаційного сигналу на основі створеної моделі за допомогою створених методів виявлення. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше: - застосовано несиметричні спектральні віконні функції при виявленні радіолокаційного сигналу метеонавігаційної радіолокаційної станції для покращення характеристики виявлення сигналу; створено два методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу метеонавігаційної радіолокаційної станції, що дасть змогу раніше виявляти небезпечні зони грозової хмарності;У першому розділі дисертаційної роботи містяться загальні відомості про теорію виявлення сигналів, якісні показники та критерії оптимальності радіолокаційного виявлення , застосування спектрального аналізу, як класичного методу при радіолокаційному виявленні, основні види симетричних спектральних віконних функцій та шляхи застосування результатів нових методів виявлення в навігаційних системах. При відсутності завад проблеми в прийнятті рішення практично не виникає, однак завади сильно затрудняють процес виявлення сигналу, завада може бути випадково прийнята за корисний сигнал або сам сигнал може бути подавлений завадою. Сигнал можна описати його Фурє перетворенням (або спектром): IMG_e1260d66-35c6-449d-bd08-67085e179565 Виявлення із застосуванням перетворення Фурє сигналу є класичним методом виявлення радіолокаційного виявлення. У другому розділі містяться створений новий метод покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу на основі сплайн-апроксимації первісної функції з логічним вирівнюванням та побудовані характеристики виявлення сигналу за новим методом в порівнянні з характеристиками, побудованими за класичним методом; створений алгоритм побудови первісної функції; побудову статистичних оцінок параметрів сплайну методом найменших квадратів, вибір матриці планування та необхідних перетворень. Прямою лінією показано - для сигналу без завад (ідеальний), пунктиром - для сигналу із завадою в частоті 0,1 та знаком ”о” - для сигналу із завадою в частоті 0,3.Створено два нових методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу, що дасть змогу раніше виявляти та оминати небезпечні зони грозової хмарності, які можуть супроводжуватись небезпечним для динаміки польоту літака явищем зсуву вітру. Два нових методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу можуть бути застосовані для покращення виявлення радіолокаційних сигналів на сучасних бортових МНРЛС та інших радіолокаційних пристроях, які використовують ефект Доплера (доплерівський вимірювач швидкості та зносу); Радіолокаційне виявлення сигналу за новим методом, шляхом застосування створених несиметричних віконних функцій, дозволяє покращити характеристику виявлення сигналу і збільшити відношення сигнал/шум порівняно з класичним методом виявлення на 32%, на 2,4 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція несиметричного косинуса), 26%, на 2 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція фрагменту перевернутої параболи), 22%, на 1,7 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція перевернутої степеневої функції 3-го порядку), 16%, на 1,3 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція перевернутої степеневої функції 4-го порядку), 22%, на 1,7 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція експоненти відємного числа). Новий метод виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу на основі сплайн-апроксимації первісної функції з логічним вирівнюванням дає виграш у відношенні сигнал/шум на 42% більше (на 3 ДБ в логарифмічному співвідношенні) ніж відношення сигнал/шум при класичному методі виявлення. Одержаний метод виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу шляхом застосування створених несиметричних віконних функцій дає більший виграш у відношенні сигнал/шум порівнянно із застосуванням симетричних віконних функцій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

З виконаних досліджень можна зробити такі висновки: 1. Створено два нових методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу, що дасть змогу раніше виявляти та оминати небезпечні зони грозової хмарності, які можуть супроводжуватись небезпечним для динаміки польоту літака явищем зсуву вітру.

2. Два нових методи виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення радіолокаційного сигналу можуть бути застосовані для покращення виявлення радіолокаційних сигналів на сучасних бортових МНРЛС та інших радіолокаційних пристроях, які використовують ефект Доплера (доплерівський вимірювач швидкості та зносу);

3. Радіолокаційне виявлення сигналу за новим методом, шляхом застосування створених несиметричних віконних функцій, дозволяє покращити характеристику виявлення сигналу і збільшити відношення сигнал/шум порівняно з класичним методом виявлення на 32%, на 2,4 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція несиметричного косинуса), 26%, на 2 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція фрагменту перевернутої параболи), 22%, на 1,7 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція перевернутої степеневої функції 3-го порядку), 16%, на 1,3 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція перевернутої степеневої функції 4-го порядку), 22%, на 1,7 ДБ в логарифмічному співвідношенні (віконна функція експоненти відємного числа).

4. Новий метод виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу на основі сплайн-апроксимації первісної функції з логічним вирівнюванням дає виграш у відношенні сигнал/шум на 42% більше (на 3 ДБ в логарифмічному співвідношенні) ніж відношення сигнал/шум при класичному методі виявлення.

5. Одержано математичну модель радіолокаційного вузькосмугового сигналу на фоні білого шуму, низькочастотних шумових складових та завади в самій частоті.

6. Побудовано характеристику виявлення радіолокаційного сигналу із завадою в частоті по критерію оптимальності за власно створеною моделлю.

7. Створено програму в програмному пакеті MATLAB 6.0, за допомогою якої згладжено первісну функцію за методом сплайн-апроксимації. Статистичні оцінки параметрів сплайну знаходяться по методу найменших квадратів, розглянуті необхідні розрахункові співвідношення для вибору матриці планування та інших значень. Здійснено логічне вирівнювання первісної функції при виявленні сигналу.

8. Одержаний метод виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу шляхом застосування створених несиметричних віконних функцій дає більший виграш у відношенні сигнал/шум порівнянно із застосуванням симетричних віконних функцій. Зокрема, на 93% більше ніж з вікном Ханна, на 91% більше ніж з вікном Хеннінга, на 83% більше ніж з вікном Гауса, на 98% більше ніж з вікном Блекмана, на 76% більше ніж з вікном Бартлета, на 32% більше ніж з вікном Кайзера, на 133% більше ніж з вікном Чебишева.

9. Отриманий метод виявлення радіолокаційного сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу шляхом застосування створених несиметричних віконних функцій не є оптимальним, але він буде стійко працювати при різних ймовірнісних розподілах завад в частоті (0,3, 0,5) та не потребуватиме великих обчислювальних ресурсів;

10. Створений метод виявлення сигналу для покращення характеристики виявлення сигналу на основі сплайн-апроксимації первісної функції з логічним вирівнюванням хоч і потребуватиме значних обчислювальних ресурсів (реалізація яких в теперішній час не є проблемою), зате буде давати виграш у відношенні сигнал/шум сигналу на 10% більший порівняно з іншим створеним методом виявлення радіолокаційного сигналу.

Таким чином поставлена мета дослідження досягнута.

1. Квасюк Сергій Леонідович. Характеристики виявлення вузькосмугового сигналу із завадою в частоті / С.Л. Квасюк // Вісник інженерної академії України. - К.: НАУ, 2011. - №1. - C. 108-110.

2. Квасюк Сергій Леонідович. Покращення характеристики виявлення вузькосмугового сигналу із завадою в частоті / С.Л. Квасюк, В.М. Шутко, Ю.М. Барабанов // Електроніка та системи управління: зб. наук. праць. - К.: НАУ, 2011. - №1 (27) - С. 51-56.

3. Квасюк Сергій Леонідович. Модель доплерівського вузькосмугового сигналу із завадою в частоті / С.Л. Квасюк, М.О. Шутко // Нові технології: зб. наук. праць. - Кр.: КУЕІТУ, 2011. - №1 (31) - С. 49-52.

4. Квасюк Сергій Леонідович. Модель допплерівського ультразвукового сигналу із завадою // Всеукраїнська наукова конференція «Українська наукова думка. Випуск 1» /Збірка наукових праць. - К.: НАІРІ, 2011. - с. 12-13.

5. Квасюк Сергій Леонідович. Покращення характеристики виявлення доплерівського сигналу із завадою // Міжнародна науково-практична конференція «Наука та сучасність. Випуск 1» /Збірка наукових праць. - К.: НАІРІ, 2011. - с. 10-11.

6. Квасюк Сергій Леонідович. Характеристики виявлення вузькосмугового сигналу із завадою / С.Л. Квасюк, О.Г. Гуйда // АВІА-2011, Х міжнародна наук.-техн. конф., 19-21 квітня 2011 р.: тези доп. - К. : Вид-во Нац. авіац. ун-ту "НАУ-друк". - 2011. - C. 7.69- 7.72.