автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка алгоритмов обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах

На правах рукописи

Симаков Владимир Анатольевич

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В АДАПТИВНЫХ УГЛОМЕРНО-РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫХ СИСТЕМАХ

Специальность: 05.13.01 "Системный анализ, управление и обработка информации" (информационно-телекоммуникационные системы)

I •

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород - 2005

Работа выполнена в Белгородском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Травин Геннадий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бакут Петр Алексеевич

доктор технических наук, старший научный сотрудник Храбростин Борис Владимирович

Ведущая организация: Военная академия воздушно-космической

обороны им. Г. Жукова, г. Тверь

Защита состоится 10 ноября 2005 года в 16 часов на заседании диссертационного совета ДС 212.015.04 в Белгородском государственном университете, по адресу: 308015 г. Белгород, ул. Победы, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета.

Автореферат разослан " Т " октября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Савотченко С.Е.

¿/О V/

</бШ

Г. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое использование радиотехнических устройств в различных областях деятельности создаёт разнообразное по конфигурации и интенсивности электромагнитное поле в каждой точке околоземного пространства. Излучение радиоэлектронных средств может являться мощным информационным источником дня функционирования пассивных систем. В связи с этим наряду с активными все более актуальным становится применение пассивных информационных систем.

В зарубежных странах за последнее десятилетие прошлого века были созданы и введены в эксплуатацию различные пассивные информационные системы. В России разработана и создана угломерная система (УС) коорди-натометрии и радиотехнического контроля (РТК) 85В6-Е «Вега» и ряд других систем. В то же время вопросам создания разностно-дальномерных систем (РДС) в России уделяется крайне мало внимания. РДС определения координат источников радиоизлучения (ИРИ) позволяют даже при небольших базах (в несколько километров) в большинстве случаев определять координаты ИРИ с относительно небольшими ошибками не только по дальности, но и по азимуту. При этом выполненные теоретические исследования посвящены РДС симметричной конфигурации. В то же время при внедрении многопозиционных систем координатометрии (МСК) в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурация РДС будет определяться их дислокацией, а не теоретическими соображениями. Кроме того, при размещении мобильных МСК на местности трудно обеспечить симметричную конфигурацию РДС из-за особенностей ландшафта поверхности, в связи, с чем актуальной является задача развития аналитических методов исследования РДС произвольной конфигурации.

Каждый из методов координатометрии (УС, РДС) обладает своими достоинствами и недостатками и ни один из них не позволяет преодолеть противоречия при реализации технических требований к многопозиционным системам контроля воздушного пространства. Одно из ограничений автономной УС состоит в увеличении необходимых размеров баз при относительно больших СКО ад первичных измерений азимута ИРИ с помощью станции обнаружения и пеленгования (СОП). Ограничения в РДС обусловлены в основном возможным непостоянством ширины спектра подлежащих обнаружению сигналов. При этом особенно неблагоприятной может быть ситуация при работе РДС по импульсным квазидетерминированным сигналам бортовых источников радиоизлучения, ширина спектра которых является относительно непредсказуемой. Последнее может явиться причиной заметного снижения точностных характеристик РДС. Кроме того, РДС являются уязви-

мыми к так называемым противокорреляционным помехам.

В связи с этим целесообразным является рассмотрение возможности построения комбинированной системы, которая позволит реализовать достоинства различных методов определения координат ИРИ и тем самым обеспечить возможность создания адаптивных высокоточных МСК и РТК с требуемыми техническими характеристиками.

Актуальность настоящей работы заключается в совершенствовании алгоритмов обработки информации в многопозиционных системах и средствах координатометрии и РТК, адаптивных к спектрально-временной и пространственной неопределенности сигналов ИРИ.

Объектом исследования являются многопозиционные системы координатометрии и радиотехнического контроля.

Предметом исследования является адаптивная угломерно-разностно-дальномерная система контроля воздушного пространства с произвольной конфигурацией, методы и алгоритмы ее функционирования.

Целью диссертационного исследования является совершенствование алгоритмов обработки информации в многопозиционных адаптивных системах координатометрии и радиотехнического контроля.

Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача, а именно: разработка алгоритмов обработки информации в адаптивных угло-мерно-разностно-дальномерных системах.

Декомпозиция поставленной задачи в диссертационной работе свелась к рассмотрению совокупности следующих частных логически взаимосвязанных задач:

- разработка алгоритмов обработки информации в разностно-дальномерных системах произвольной конфигурации;

- синтез адаптивной системы координатометрии и радиотехнического контроля;

- совершенствование алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разносгно-дальномерных систем.

Совокупность указанных задач и определяет в основном структуру и содержание данной диссертационной работы.

Методы исследования: теоретические и имитационное математическое моделирование.

В результате проведенного диссертационного исследования получен ряд новых научных результатов, основные из которых выносятся на защиту:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения разност-но-дальномерными системами произвольной конфигурации и оценка их точностных характеристик.

2. Синтез оптимальной структуры многопозиционной системы коорди-

натометрии, адаптивной к спектрально-временной и пространственной неопределенности сигналов источников радиоизлучения.

3. Оценка качества и направления совершенствования алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем по результатам имитационного математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в разработке алгоритмов обработки информации в адаптивных угломерно-разноетно-далъномерных системах и содержит следующие основные результаты:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения разност-но-дальномерными системами произвольной конфигурации.

2. Универсальные алгоритмы для оценки и анализа точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения разностио-дальномерными системами произвольной конфигурации.

3. Синтез и анализ оптимальной структуры адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, инвариантной к виду и параметрам сигналов источников радиоизлучения.

4. Имитационная математическая модель частотно-временного анализатора сигналов и результаты экспериментов, позволивших обосновать направления совершенствования алгоритмов обработки информации в приемном канале с быстрым спектральным анализом.

5. Имитационное математическое моделирование первичной обработки информации в базово-корреляционном модуле, составляющем основу построения адаптивной угломерно-разносгно-дальномерной системы, обеспечивающей последовательное уточнение координатно-признаковой информации об источниках радиоизлучения.

Научная значимость результатов исследования заключается в том, что полученные новые результаты расширяют представления о возможностях обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах и роли имитационного математического моделирования в решении прикладных задач.

Созданные математические модели можно использовать в дальнейших научных исследованиях алгоритмов обработки координатно-признаковой информации в информационных системах контроля воздушного пространства и развития алгоритмов взаимодействия систем такого рода.

Практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:

1. Полученные в первой главе результаты позволяют оценить потенциальные возможности разносшо-дальномерных систем при их развертывании

в несимметричной, произвольной конфигурации в системах с конкретной дислокацией.

2. Обоснован оптимальный вариант построения адаптивной многопозиционной угломерно-разностно-дальномерной системы, обеспечивающей высокие качественные показатели.

3. Созданные и исследованные имитационные математические модели позволяют определять пути совершенствования алгоритмов обработки информации в многопозиционных системах координатометрии и радиотехнического контроля.

4. Разработанные имитационные математические модели позволяют сократить сроки и затраты при практической отработке и испытаниях вновь проектируемых информационных систем контроля воздушного пространства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на согласовании результатов проведенных теоретических исследований с результатами имитационного математического моделирования, подтверждается результатами эксплуатации системы 85В6-Е «Ве-га». Кроме того, достоверность алгоритмов координатометрии разностно-дальномерных систем произвольной конфигурации подтверждается совпадением с известными результатами при переходе к симметричной конфигурации. Полученные новые научные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противоречат общепринятым представлениям.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Ярославского ЗРИ ПВО в 2002 г., межведомственной конференции на четвертой международной выставке «Граница-2002», X международной конференции «Радиолокация, навигация, связь» (1ШЧС*2004) в Воронеже, а также на научных семинарах в БелГУ.

Материалы диссертационной работы опубликованы в 12 научных работах, из них 10 статей.

Основные положения и результаты работы реализованы в опытных образцах системы координатометрии и РТК "Вега" и станции "Охота".

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников из 70 наименований. Содержание работы изложено на 134 листах машинописного текста, иллюстрируется 26 рисунками и 7 таблицами.

Личный вклад состоит в получении оценок точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации, оценке зонных характеристик многопозиционной системы при прерывании работы выносных приемных пунк-

тов, сравнительном анализе методов многопозиционной координатометрии аккумулированных в адаптивной системе, модификации алгоритма обнаружения движущихся объектов с учетом траекторных признаков до двухфунк-ционального (двухэтапного) алгоритма. Разработка имитационных математических моделей выполнена в соавторстве, в то же время их исследование проведено лично в соответствии с целью диссертационного исследования.

П. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации. Формулируется цель работы и задачи исследования, приведены результаты исследования, полученные в работе, отражены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, перечислены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе разработаны алгоритмы координатометрии ИРИ РДС произвольной конфигурации, а также решена задача оценки и анализа точностных характеристик измеряемых в РДС координат ИРИ в прямоугольной и полярной системе координат.

Для общего случая получены основные аналитические соотношения для определения пространственных прямоугольных х, у, z и полярных г, ß, е координат ИРИ в РДС произвольной конфигурации с произвольным числом приемных пунктов.

Вектор, содержащий в общем (пространственном) случае прямоугольные координаты х, у, z я полярную координату дальности г можно представить в следующем виде

Р = 0,5- (Ат • А)~1 -А1-а. (1)

где Л-матрица (л- 1)х/, а - вектор (n-l)xl, /-число измеряемых координат, п - число выносных пунктов.

У1 4

А- *2 У г 22

У,-, Z„-l

*,2

а = *2 + У 2*

X .-i2+JVi2 +V,2 -к*

Полученные соотношения позволяют определять координаты ИРИ при достаточно произвольном размещении пунктов на местности без предъявления к ним жестких требований по их расположению.

Основными источниками ошибок в РДС с фиксированными размерами баз являются ошибки оценивания разностей расстояний между ИРИ и пунктами приема Ri, i=\...n-\. В случае несимметричных РДС приходится иметь дело со сложным случаем, когда вектор наблюдаемых параметров R = ЦЛ^ г = 1...И-1 выражается нелинейно через искомые координаты, образующие векторы состояния объекта: а = || х у z ||т или а = || г (3 е ||т. Последнее исключает возможность непосредственного вычисления ах, ау, аг и <тл стр, ос на основе соответствующих оценок о«, разностей расстояний.

В результате получены аналитические выражения для корреляционной матрицы ошибок С"1 и матрицы точности Са вектора состояния ст.

Са=НтСяН и С;1=(НТСЯН)-1. (4)

При этом дисперсии ошибок а\, сггу и а\ соответствуют элементам главной диагонали матрицы ошибок С"1. Здесь H - матрица пересчета измерений вектора состояния а в изменения вектора наблюдаемых параметров R:

4S4-

При этом матрица Я имеет размерность (л-1)хЗ и может быть представлена в виде Я = || A,; h,2 fa ||, / = 1 ...и-1, где

^ ^ а^

дх ду oz

Матрица С* является диагональной и в частном случае имеет одинаковые значения дисперсии ошибок ег^ = . Имеем

C^jr (6)

Располагая оценками матриц Я и CR, можно получить оценку матрицы ошибок С"', а также СКО измерений прямоугольных, в общем случае пространственных координат источников излучения ах, <Ту, аг, для РДС произвольной конфигурации с произвольным числом приемных пунктов.

Наиболее обобщенной характеристикой РДС является семейство изолиний СКО измерения дальности ог в прямоугольных координатах X, Y. В качестве иллюстрации на рис. 1 приведен график семейства изолиний для случая СКО измерения разности расстояний в РДС ад = 3 м. По этим изолиниям можно определять область дальностей, в пределах которой значения СКО не превышают допустимой. Каждая изолиния ограничивает область, где ошибка не превосходит N километров, где, в свою очередь, N - порядковый номер изолинии (показаны на рис.1 1,2, 3,4, 5 и 6 км). По скорости изменения расстояний между изолиниями можно также выявить азимутальные направле-

ния, где ошибки по мере удаления от центра растут более медленно или более быстро. Первая последовательность азимутов в этом смысле соответствует благоприятным направлениям, вторая - неблагоприятным. Очевидно, что данные о точностных характеристиках РДС по указанным направлениям позволяют достаточно полно судить о возможностях данной системы.

Рис. 1. График семейства изолиний для случая СКО измерения разности расстояний в РДСо* = Зм.

Проведена оценка функционирования МСК в случае прерывания работы выносных приемных пунктов. Для этого случая получено аналитическое выражение для матрицы ошибок.

Для уменьшения влияния поочередного выхода из строя пунктов на точностные характеристики УС или РДС расположение выносных пунктов должно бьггь относительно компактным и примерно равномерным в диапазоне рабочей зоны измеряемых азимутов объектов. При этом, как показали исследования предпочтительное число пунктов составляет примерно 6-8.

Вторая глава посвящена синтезу структуры и параметров адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы (УРДС).

Проведенный анализ показал, что сложность воздушной обстановки, широкий диапазон, неопределенность структуры и характеристик излучения вызывает необходимость адаптации информационных систем контроля воздушного пространства как с точки зрения обработки потока сигналов произвольного вида для извлечения координатной и признаковой информации об ИРИ, так и структуры и параметров такой системы в зависимости от требо-

ваний потребителя.

Математически поставленная задача формулируется в виде оптимизационной задачи: определить рациональный технический облик м ^ системы на множестве возможных технических решений обеспечивающий

технические характеристики Ф^{ф и эффективность выполнения задачи Э'2)1 не хуже заданных Ф°={ф^}, 3°, и минимальные затраты С'рм на его разработку

—К (7)

при выполнении ограничений: Ф'м е ф°; Э'зр е Э°; С'р/1 е С°р.

В связи со сложностью общей формализации и большой размерностью задачи синтеза рассматриваемых адаптивных систем целесообразным является осуществление декомпозиции общей задачи синтеза на последовательность следующих взаимосвязанных этапов ее решения, а именно:

Iй этап: анализ возможных условий функционирования системы К/«,,*,/ и формирование множества типовых условий

2й этап: формирование технических требований Ф°={фк системе на основе общесистемных требований Х°={х°]}, предъявляемых к информационной подсистеме, и с учётом полученного выше множества условий функционирования;

3* этап: генерация на основе использования достижений мирового научно-технического прогресса и анализа известных принципов пассивной ко-ординатометрии множества возможных конкурирующих альтернатив построения многопозиционных систем

4й этап: отбор конкурентоспособных альтернатив построения каждого из вариантов у?), удовлетворяющих заданным требованиям Ф°={ф0^, т.е. формирование подмножества (С'сй', для элементов которого выполняются условия Фу еФ°= 1...п, т.е. решение задачи

[(ф, еФ°)л( С,е <?)],]=! ...т. (8)

5й этап: определение рационального технического облика многопозиционной системы в соответствии с формулой (7), где в качестве показателя эффективности выполнения задачи //-там вариантом целесообразно принять усреднённую по возможным вариантам применения ИРИ вероятность выполнения задачи по относительному количеству обнаруженных данным вариантом системы на заданных рубежах и проведенных объектов.

Окончательные оценки делаются по интегральному показателю = —

Рз

качества вариантов реализации адаптивной системы, который характеризует обобщённую удельную стоимость обеспечения вероятности выполнения задачи системой (т.е. эффективность ее функционирования).

Рассмотрим некоторые результаты решения задачи синтеза адаптивной МСК и РТК. Так, например, в соответствии с первым этапом принятой методики проведено исследование возможных условий функционирования системы У{з„1,}, под которыми понимается множество возможных типов радиоизлучений и их частотно-временных параметров, а также множество возможных помеховых ситуаций. Полученное множество возможных условий позволило сформулировать упорядоченное множество типовых условий функционирования системы Уфо,, ¡о,} в составе информационных подсистем. Это позволило предъявить требования к базе данных для решения задачи распознавания ИРИ и их носителей.

Проведенные исследования показали, что в случае распознавания классов (типов) бортовых ИРИ и их носителей достаточный формат априорного описания ансамбля (множества) сигналов должен включать пять основных параметров излучения, а именно: несущую частоту (или диапазон рабочих частот), амплитуду, ширину спектра, а также длительность и частоту следования импульсов (для импульсных бортовых РЭС), или вид и параметры модуляции (для РЭС с непрерывным излучением).

В интересах оценки возможностей создания системы с заданными характеристиками проведены исследования известных классических методов определения координат ИРИ системами дальномегрии произвольной конфигурации. Наиболее эффективное построение многопозиционной системы, с точки зрения адаптации к обработке потока сигналов произвольного вида для извлечения координатной и признаковой информации об источниках радиоизлучения, так и структуры и параметров системы в зависимости от требований потребителя, является угломерно-разностно-дальномерная система.

Опуская промежуточные выкладки, приведем окончательный результат решения задачи синтеза адаптивной многопозициопной информационной системы и оценки показателей качества по интегральному критерию (табл. 1).

Как следует из данных табл. 1, по интегральному показателю наиболее предпочтителен вариант, представляющий собой адаптивную комбинацию малобазовых УС и РДС и среднебазовой УС. Сочетание в нижнем звене угломерных и разносгао-дальномерных принципов координатометрии и придают синтезированной структуре свойство адаптивности по отношению к спектрально-временным характеристикам принимаемых сигналов ИРИ.

Таблица 1

№№ п/п Наименование интегральных показателей качества МУС+СУС МРДС+МУС+СУС

1 Относительная стоимость С 1 1.6

2 Вероятность выполнения задачи в сложных помеховых условиях Рз 0.31 0.92

С Значение интегрального показателя <3 =—: 3.3 1.7

Условные обозначения' МУС - малобазовая угломерная система, СУС - среднеба-зовая угломерная система, МРДС - малобазовая разноспю-дальномерная система.

В синтезированной системе применен многоуровневый принцип уточнения координат ИРИ при комбинации известных методов дальнометрии.

Исходным является универсальный метод параметрической триангуляции, который позволяет реализовать получение информации об ИРИ с точностями их пеленгования, независящими от частотно-временных характеристик излучения и достаточными для осуществления параметрической триангуляции (порядка 12...15 угл. мин.).

Для повышения точности измерения угловых и пространственных координат выбранных угломерным методом наиболее важных объетов используется угломерно-разностно-дальномерный корреляционный метод, реализуемый на базовых корреляционных модулях (БКМ). Этот метод является универсальным по отношению к виду широкополосной модуляции и числу измерительных баз и обеспечивает высокую точность измерения дальности и высокоточное (порядка 3...6 угл. мин.) измерение угловых координат во всей зоне обзора.

Использование данных БКМ в качестве пеленгационных пунктов в триангуляционной системе обеспечивает высокоточную (1...2 мин. по угловым координатам и 1.. .2% от дальности) оценку координат на больших дальностях.

Такая объединенная система обладает свойствами устойчивости, живучести и гибкости. При этом она является адаптивной к различным видам сигналов и решаемым задачам за счет комплексирования угломерного и разно-стно-дальномерного методов.

Третья глава посвящена обработке информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем. Здесь приведены результаты имитационного математического моделирования частотно-временного анализатора (ЧВА), а также первичной обработки информации в БКМ и рассмотрен алгоритм двухэтапного обнаружения движущихся объектов с учетом траекторных признаков.

Характеристики системы по зонам наблюдения, достоверности, полноте и качеству информации напрямую зависят от того, какие методы и средства применены при ее построении. Именно от эффективности последних будут зависеть обобщенные показатели качества всей системы в целом.

Для обработки сигналов (обнаружения и измерения параметров) современных радиотехнических средств необходимо осуществлять спектральное преобразование за 1 мкс в полосе частот не менее 250...500 МГц, поскольку время существования радиотехнических сигналов в эфире весьма невелико (от долей микросекунды до нескольких десятков микросекунд), а спектры принимаемых сигналов могут бьггь очень широкополосными (до нескольких десятков мегагерц).

В результате выбран приемник, построенный с использованием аналоговых Фурье-процессоров на базе дисперсионных линий задержки, позволяющий вести обработку сигналов в полосе 500 МГц в реальном масштабе времени, что эквивалентно просмотру 500 параллельных каналов с полосой пропускания 1 МГц и обеспечивающий соответствие выходных сигналов во временной области комплексному спектру обнаруженного сигнала.

Для оценки технических характеристик канала с быстрым спектральным анализом (БСА) сигналов ИРИ разработана имитационная математическая модель (ИММ), структура которой представлена на рис. 2.

Рис 2 Структурная схема модели канала с быстрым спектральным анализом.

На вход модели можно подавать любую комбинацию из трех сигналов из меню видов сигналов с возможностями вариации параметров в пределах, необходимых для имитации любых ИРИ. В блоке спектроанализатора (СА) сигналы подвергаются БПФ на интервале от 0 до 1 мкс.

На модели по импульсному сигналу определялась пороговая чувствительность канала с БСА при изменении длительности импульса. Как следует

из рис. 3, изменение длительности на один порядок соответствует потерям в 20 дБ.

Таким образом, при практической реализации приемных каналов с быстрым спектральным анализом всегда следует учитывать потери при приеме простых сигналов с длительностью, меньшей, чем время анализа (тгет). Для Рис.3. Зависимость потерь обработки от сложных сигналов при оценке потерь длительности смодулированного определяющим является время корре-

импульса _______

ляции.

Потенциальные потери при приеме таких сигналов можно уменьшить, если предусмотреть частотное разделение канала спектрального анализа на несколько параллельных каналов при соответствующем уменьшении длительности выборки ансамбля сигналов и шума. В случае, когда время прихода коротко-импульсного сигнала известно, для уменьшения потерь обработки можно применить метод временного стробирования выборки сигнала и шума, что обеспечит увеличение отношения сигнал/шум на выходе в тт /То,,, раз.

Информация о параметрах сигналов на выходе ЧВА с БСА искажена из-за случайных факторов, связанных с произвольным моментом взятия выборки конечной длины по отношению к времени действия сигнала и наличием шумов, а также ограниченным динамическим диапазоном приемных трактов и Фурье - процессоров.

Это приводит к сильной из-резанносга спектров в пределах каждой выборки (рис. 4), что искажает оценку среднего значения частоты, ширины спектра и амплитуды (интенсивности) сложно модулированного сигнала на интервале анализа. Именно эти параметры являются исходными для определения вида модуляции и типа сигнала, так как оценка времени действия (длительности) сигнала возможна с точностью до временного интервала выборки.

Рис 4 Результат обработки ансамбля сигналов в полосе частот 500 МГц (ЛЧМ сигнал - средняя частота 100 МГц, девиация 100 МГц; шумовая помеха - средняя частота 300 МГц, ширина спектра 50 МГц).

Основная трудность при формировании вектора признаков сигнала по спектрограммам каждой выборки состоит в необходимости реализации логических и вычислительных процедур в условиях высокой скорости поступления аналоговой сигнальной информации.

На рис. 5 показана «спектрограмма» для случая, когда для уменьшения скорости потока данных отбор сигналов производится после порога по максимальному отсчету во всем ансамбле сигналов в пределах одного цикла (сканирования по частоте).

Рис. 5. Отображение информации при отборе сигнала после порога по максимальному уровню.

Как видно из данного эксперимента, скорость потока данных уменьшается на несколько порядков (один отсчет из двухсот), но при этом почти полностью теряются признаки сигналов.

Данный метод временного уплотнения приемлем лишь в случае отображения факта обнаружения ансамблей сигналов с малой вероятностью их совпадения во времени. Вели ансамбль сигналов включает на интервале квазинепрерывные сигналы и помехи, то подобный метод не пригоден.

Второй возможный метод преобразования масштаба времени состоит в логическом объединении отсчетов сигналов соседних сканирований при бинарном квантовании на уровне порога.

При больших коэффициентах сжатия временного масштаба признаки модуляции сигналов теряются, но появляется обобщенная информация о факте занятости частотных каналов на всем интервале наблюдения. Недостатком такого метода уплотнения является его чувствительность к правильной установке порогов. При низком пороге отметки шумов накапливаются, что приводит к значительному искажению информации о ширине спектров сигналов и о степени занятости частотных каналов.

По результатам исследования ИММ обоснован вывод о необходимости приближения информационных возможностей систем и алгоритмов обработ-

ки сигналов на выходе ЧВА к потенциальным, которые позволили бы обеспечить как минимизацию потерь обработки, так и значительное уменьшение скорости поступления данных путем преобразования сигналов и отсчетов в векторы параметров этих сигналов, адекватно отражающих свойства и режимы ИРИ.

Для этой цели на ИММ ЧВА были проведены эксперименты, связанные с многоуровневым (многопороговым) амплитудным квантованием сигналов на выходе ЧВА. На основе детального анализа ансамблей типовых сигналов получен ряд новых результатов, позволивших сделать вывод, что применение амплитудного квантования позволяет:

1. Производить некогерентное накопление энергии всей совокупности спектральных составляющих выборки сигнала, прошедшего первый порог и по центру пачки определять (кодировать) среднюю частоту и ширину спектра выборки.

2. Вводить второй криггерийный порог обнаружения, позволяющий значительно уменьшить поток ложных оценок.

3. Исключить пропуск сигналов, прошедших порог обнаружения в пределах одного сканирования.

4. При воздействии короткоимпульсных сигналов, когда временная выборка короче времени спектрального анализа, открывается возможность измерения времени корреляции таких сигналов по ширине их спектра.

Таким образом, поиск путей программно-аппаратной реализации преимуществ многоуровневого амплитудного квантования ЧВА должен составлять основные направления дальнейшего развития модели ЧВА - ПМВ как составной часта всей адаптивной УРДС.

Далее в главе анализируются особенности обработки информации в Б КМ, как одной из основ адаптивной углгомерно-разностно-дальномерной многопозиционной системы. К основному этапу обработки информации в БКМ относится первичная обработка информации (ПОИ), сложность проведения которой состоит, во-первых, в необходимости определения трех полярных координат ИРИ при одновременном использовании большого числа угловых и корреляционных измерителей, а, во-вторых, - требует оптимизации выбора измерителей, обусловленной нелинейностью гиперболической системы первичных координат, конечными вероятностями обнаружения и пропуска ИРИ в независимых угловых и корреляционных измерителях и возможным изменением геометрической структуры БКМ.

Для исследования и отладки алгоритма ПОИ необходимо создание имитационной математической модели ПОИ БКМ. Структурно-логическая схема ИММ ПОИ БКМ представлена на рис. 6.

Рис 6. Структурно-логическая схема ИММ ПОИ БКМ.

Далее в работе детально рассмотрены состав и структура имитатора первичных измерений и признаков ИРИ, блока адаптивных алгоритмов определения координат и математическое описание процедур первичной обработки информации в БКМ.

Анализ функционирования БКМ, проведенный на основе ИММ, показывает, что точностные характеристики БКМ по дальности на больших расстояниях до объекта резко ухудшаются, однако ошибки измерения угловых координат практически не меняются. Таким образом, автономное применение БКМ при больших дальностях до объекта нецелесообразно, однако, использование пеленгов, полученных с помощью БКМ, в УС существенно по-

вышает ее точностные характеристики.

Разработанная имитационная модель позволяет определять СКО полярных координат при различных конфигурациях БКМ. На рис. 7 приведена одна из зависимостей СКО полярных координат.

Конфигурация симметричной звезды

Конфигурация несимметричной звезды

« <х иле та я: 2К Аэим/т (градусы?

Г

•11 $Нг 1*' |

я «0 «в 1» ш -т »9 ш ив «о «в я

"ЬтшМт

XI

ы

« п ш м я ап ;

33

за к и ттшжгютяЬфж ¿«пут (градусы)

! » ЯВ 340

Рис 7 Зависимости СКО полярных координат при симметричной и несимметричной конфигурации БКМ.

Распределение выбросов оценок СКО по дальности изменилось, но за счет увеличения одной из баз до 8 км средние значения СКО за обзор уменьшились. Это позволяет сделать вывод о необходимости в особо опасных направлениях делать размеры баз максимально возможными.

Интерес представляет также исследование характеристик системы при нарушении работоспособности выносных приемных пунктов (ВПП) (рис. 8). Исследования с помощью ИММ наглядно демонстрируют, что система обладает свойством деградации - выход из строя приемных пунктов не разрушает систему, а лишь снижает ее возможности.

В зависимости от целевого предназначения и предъявляемых технических требований можно по-разному строить многопозиционные системы. Разработанная модель позволяет всесторонне исследовать выбранную конфигурацию системы, оптимизировать ее пространственную структуру и технические характеристики ее составных частей. Результаты исследования БКМ, полученные с использованием ИММ, полностью согласуются с результатами проведенных теоретических исследований.

Рис. 8. Координаты траектории движения объекта при функционировании 2 ВПП БКМ.

Далее в главе рассмотрены вопросы синтеза оптимальных сигнально-траекторных многоэтапных алгоритмов обнаружения сигналов ИРИ, которые являются одним из основных этапов обработки информации в многопозиционной системе, обеспечивающим выдачу потребителям информации требуемого содержания и с требуемыми характеристиками качества.

В заключении даны рекомендации на дальнейшие исследования адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем. Сформулированы полученные выводы и основные результаты работы:

1. В случае несимметричной РДС требуется адаптация ее пространственной структуры к геометрии местности. Разработанные соотношения позволяют определять плоскостные и пространственные координаты ИРИ при достаточно произвольном размещении пунктов на местности без предъявления жестких требований по их расположению.

2. В результате выполненного исследования получены аналитические выражения для корреляционной матрицы ошибок С~' и матрицы точности Са вектора состояния а. Полученные соотношения, необходимые для оценки СКО оь ау, аг и ст„ сгр ае имеют достаточно универсальный характер. Путем элементарной коррекции их можно использовать для РДС с различной конфигурацией.

3. Для уменьшения влияния выхода из строя ВПП на точностные характеристики РДС или УС расположение выносных пунктов должно быть относительно компактным и примерно равномерным в диапазоне рабочей зоны. При этом, как показали исследования, предпочтительное число пунк-

тов составляет примерно 6 — 8.

4. Проведенные в диссертационной работе исследования показали, что МСК и РТК целесообразно строить в виде адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, в которой предусмотрено высокоточное местоопре-деление ИРИ и оценка параметров сигналов излучателей для распознавания объектов.

В синтезированной многопозиционной системе применен многоуровневый принцип уточнения координат источников радиоизлучения при комбинации известных методов пассивной координатометрии.

5. Исследования имитационной математической модели приемного канала с быстрым спектральным анализом для обнаружения и определения параметров сигналов с произвольным видом модуляции и последующим формированием вектора признаков ИРИ, позволили изучить рациональные принципы и закономерности обработки принимаемых излучений, выявить основные направления совершенствования алгоритмов обработки радиосигналов и дать качественные оценки приемного канала с БСА в решении задач стоящих перед адаптивными УРДС.

6. Основным этапом обработки информации в БКМ, составляющем основу построения адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, является первичная обработка информации. Разработанная модель ПОИ БКМ позволяет всесторонне исследовать выбранную конфигурацию системы, получить оценки зонных характеристик системы, проанализировать и оценить точностные характеристики системы, оптимизировать ее пространственную структуру и технические характеристики ее составных частей.

7. По результатам исследования наиболее оптимальным в процедуре обнаружения движущихся объектов является применение двухэтапного алгоритма на основе критерия максимального правдоподобия. Два этапа обработки позволяют без глобального перебора, сформировать группы отметок с большей вероятностью принадлежащих наблюдаемому объекту.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Давлеткалиев, Р. К. Оптимальное оценивание средней несущей частоты сложных радиосигналов в условиях априорной неопределенности / Р. К. Давлеткалиев, И. В. Перетягин, В. А. Симаков // Актуальные вопросы разработки и внедрения высоких технологий в системы государственного и военного управления, образования, вооружения и военной техники военно-воздушных сил : тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. / ЯЗРИ ПВО. -Ярославль, 2002. - Ч. 1. - С. 35-36.

2. Давлеткалиев, Р. К. Особенности практической реализации станции радиотехнической разведки «Орион» / Р. К. Давлеткалиев, А. Г. Кузьменко, И. В. Перетягин, В. А. Симаков // Радиолокация, навигация, связь

(ЯЬЫС*2004) : сб. докл. X междунар. конф. - Воронеж, 2004. - Ч. 1. -С. 51-56.

3. Давлеткалнев, Р. К. Применение мобильного пункта радиотехнического контроля «Охота» для обеспечения безопасности информационного пространства / Р. К. Давлеткалнев, А. Г. Кузьменко, И. В. Перетягин, В. А. Симаков // Радиолокация, навигация, связь (1И_,МС*2004) : сб. докл. X междунар. конф. - Воронеж, 2004. - Ч. 1- С. 45-50.

4. Перетягин, И. В. Методический подход к оценке эффективности и оптимизации функционирования трехкоординатного базово-корреляцион-ного комплекса радиотехнической разведки / И. В. Перетягин, Г. Г. Писаре-нок, Ю. Н. Седышев, В. А. Симаков, В. М. Терешко // Актуальные вопросы разработки и внедрения высоких технологий в системы государственного и военного управления, образования, вооружения и военной техники военно-воздушных сил : тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. / ЯЗРИ ПВО. - Ярославль, 2002. - Ч. 1. - С. 61-62.

5. Перетягин, И. В. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы / И. В. Перетягин, С. В. Меремьянин, В. А. Симаков // Научные ведомости БелГУ. - 2001. - № 2 (15). - С. 117-118 - (Сер. «Физика»).

6. Писаренок, Г. Г. Алгоритм двухэтапного радиолокационного обнаружения движущихся целей / Г. Г. Писаренок, В. А. Симаков // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: сб. науч. тр. - Ульяновск, 2003. - № 3. - С. 59-64.

7. Писаренок, Г. Г. Оптимальное радиолокационное обнаружение целей с учетом траекторных признаков / Г. Г. Писаренок, В. А. Симаков'// Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем : сб. науч. тр. - Ульяновск, 2003. - № 3. - С. 64-70.

8. Седышев, Ю. Н. Математическое моделирование приемного канала с быстрым спектральным анализом для обнаружения и определения параметров сигналов источников радиоизлучения / Ю. Н. Седышев, В. А. Симаков, Ю. Е. Поленова, Г. А. Травин // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ : межвуз. сб. тр. - СПб., 2004. - Вып. 10. -С. 170-179.

9. Симаков, В. А. Методический подход к решению задачи статистического синтеза адаптивных систем пассивной радиолокации / В. А. Симаков, Г. А. Травин, В. М. Терешко // Научные ведомости БелГУ. - 2005. -№ 2 (22). - С. 199-202. - (Сер. «Физика». Вып. 11).

Ю.Симаков, В. А. Определение плоскостных и пространственных координат источников радиоизлучения автономными разностно-дальномерными системами пассивной локации / В. А. Симаков, В. М. Терешко // Приоритеты военно-технической деятельности ФПС России по предупреждению и пресечению террористической деятельности на современном этапе : науч.-техн. сб. по материалам межвед. конф. / НИИТЦ ФПС. - М., 2003.-С. 45-47.

П.Симаков, В. А. Оценка и анализ точностных характеристик о преде-

ления плоскостных и пространственных координат источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами / В. А. Симаков, В. М. Терешко // Приоритеты военно-технической деятельности ФПС России по предупреждению и пресечению террористической деятельности на современном этапе : науч.-техн. сб. по материалам межвед. конф. / НИИТЦ ФПС. - М., 2003. -С. 42-44.

12.Симаков, В. А. Построение адаптивных систем пассивной радиолокации на принципах разностно-дальномерной координатометрии / В. А. Симаков // Научные ведомости БелГУ. - 2005. - № 2 (22). - С. 211-219. - (Сер. «Физика». Вып. 11).

Подписано в печать 3.10.200$. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Усл. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 175. Оригияал-макегг подготовлен и тиражировав в издательстве Белгородского государственного университета. 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85

№18441

РНБ Русский фонд

/л <Л г

¿иио-н-

16868

Список принятых сокращений.

Введение.

1. Разработка алгоритмов обработки информации в разностнодальномерных системах произвольной конфигурации.

1.1. Разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации.

1.2. Оценка и анализ точностных характеристик измерения плоскостных и пространственных координат источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации.

1.3. Оценка точностных характеристик многопозиционной системы координатометрии при прерывании работы выносных приемных пунктов.

2. Синтез адаптивных систем координатометрии и радиотехнического контроля.

2.1. Методический подход к решению задачи статистического синтеза адаптивных систем координатометрии и радиотехнического контроля.

2.2. Общая характеристика бортовых источников радиоизлучения и анализ возможных условий функционирования многопозиционных систем координатометрии и радиотехнического контроля.

2.3. Формирование основных технических требований, предъявляемых к многопозиционным системам координатометрии и радиотехнического контроля.

2.4. Анализ научно-технических достижений в стране и за рубежом в области создания средств многопозиционных систем координатометрии и радиотехнического контроля.

2.5. Синтез общей структуры адаптивной многопозиционной системы координатометрии и радиотехнического контроля на основе комбинации известных методов координатометрии.

2.6. Формирование множества альтернативных вариантов построения адаптивной многопозиционной системы координатометрии и радиотехнического контроля.

2.7. Выбор рационального варианта структуры адаптивной многопозиционной системы координатометрии и радиотехнического контроля на основе интегрального критерия.

Совершенствование алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем.

3.1. Особенности обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры.

3.2. Исследование приемного канала с быстрым спектральным анализом на основе имитационного математического моделирования.

3.3. Анализ особенностей обработки информации в базово-корреляционном модуле.

3.4. Разработка имитационной математической модели системы первичной обработки информации в базово-корреляционном модуле.

3.4.1. Состав и обобщенная структура имитационной математической модели первичной обработки информации в базово-корреляционном модуле.

3.4.2. Состав и структура имитатора первичных измерений и признаков источников радиоизлучения.

3.4.3. Состав и структура блока адаптивных алгоритмов определения координат в базово-корреляционном модуле.

3.5. Анализ функционирования базово-корреляционного модуля с использованием имитационной математической модели.

3.6. Многоэтапная обработка информации с учетом траекторных признаков.

3.6.1. Оптимальное обнаружение источников радиоизлучения с учетом траекторных и сигнальных признаков.

3.6.2. Алгоритм двухэтапного обнаружения движущихся объектов.

Широкое использование радиотехнических устройств в различных областях деятельности создаёт разнообразное по конфигурации и интенсивности электромагнитное поле в каждой точке околоземного пространства. Излучение радиоэлектронных средств может являться мощным информационным источником для функционирования пассивных систем. Кроме того, снижение радиозаметности летательных аппаратов, сложная помеховая обстановка, ужесточение требований к темпу обзора, помехозащищенности, точностным характеристикам и качеству распознавания приводит к необходимости применения, наряду с активными, пассивных информационные системы контроля пространства [1-5].

Такие системы позволяют решать задачи по управлению воздушным движением, обнаружению воздушных объектов, контролю воздушного пространства и выдаче координатной информации активным средствам ПВО. В последнем случае особенно важно отсутствие у системы демаскирующих признаков, по которым могут быть оперативно обнаружены места их дислокации.

Проведенные исследования показали, что в настоящее время разработке и созданию пассивных информационных систем контроля воздушного пространства уделяется большое внимание. В последнее десятилетие прошлого века были разработаны и приняты на вооружение различные пассивные радиосистемы: в США - комплекс "Тимпэк", в Германии - "Хелас", в Израиле - CR-2740A, во Франции - DR-3000, DR-4000, "Алтесс", "Саламандрэ", в Украине - "Кольчуга", в Чехии - "Рамона", "Тамара". В России, так же были проведены большие теоретические исследования в этой области [6-12] и все больше внимания уделяется созданию и внедрению современных средств радио- и радиотехнического контроля.

В России разработана и создана угломерная система (УС) координатометрии и радиотехнического контроля (РТК) 85В6-А «Вега», и ряд других систем. В то же время вопросам создания разностно-дальномерных систем (РДС) в России уделяется крайне мало внимания. РДС определения координат источников радиоизлучения (ИРИ) позволяют даже при небольших базах (в несколько километров) в большинстве случаев определять координаты ИРИ с относительно небольшими ошибками не только по дальности, но и по азимуту. При этом выполненные теоретические исследования посвящены РДС симметричной конфигурации [7,8,13]. В то же время при внедрении многопозиционных систем координатометрии (МСК) в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурация РДС будет определяться их дислокацией, а не теоретическими соображениями. Кроме того, при размещении мобильных МСК на местности трудно обеспечить симметричную конфигурацию РДС из-за особенностей ландшафта поверхности, в связи с этим актуальной является задача развития аналитических методов исследования РДС произвольной конфигурации.

Каждый из методов координатометрии (УС, РДС) обладает своими достоинствами и недостатками и ни один из них не позволяет преодолеть противоречия при реализации технических требований к многопозиционным средствам контроля воздушного пространства. Одно из ограничений автономной УС состоит в увеличении необходимых размеров баз при относительно больших СКО ар первичных измерений азимута ИРИ с помощью станции обнаружения и пеленгования (СОП). Ограничения в РДС обусловлены в основном возможным непостоянством ширины спектра подлежащих обнаружению сигналов. При этом особенно неблагоприятной может быть ситуация при работе РДС по импульсным квазидетерминированным сигналам БРЭС, ширина спектра которых является относительно непредсказуемой. Последнее может явиться причиной заметного снижения точностных характеристик РДС. Кроме того, РДС являются уязвимыми к так называемым противокорреляционным помехам.

Еще одной особенностью функционирования рассматриваемых МСК является то, что параметры принимаемых радиосигналов априори неизвестны и решение задачи координатометрии ИРИ возможно только после точной оценки параметров сигналов и установления факта обнаружения источника излучения.

В связи с этим целесообразным является рассмотрение возможности построения комбинированной системы, которая позволит реализовать достоинства различных методов определения координат ИРИ и тем самым обеспечить возможность создания адаптивных высокоточных МСК с использование средств радиотехнического контроля с требуемыми техническими характеристиками.

Таким образом, актуальной является задача совершенствования алгоритмов обработки информации в многопозиционных системах и средствах координатометрии и РТК, адаптивных к спектрально-временной и пространственной неопределенности сигналов ИРИ.

Объектом исследования являются многопозиционные системы координатометрии и радиотехнического контроля.

Предметом исследования является адаптивная угломерно-разностно-дальномерная система контроля воздушного пространства с произвольной конфигурацией, методы и алгоритмы ее функционирования.

Целью диссертационного исследования является совершенствование алгоритмов обработки информации в адаптивных системах координатометрии и радиотехнического контроля.

Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача, а именно: разработка алгоритмов обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах.

Декомпозиция поставленной задачи в диссертационной работе свелась к рассмотрению совокупности следующих частных логически взаимосвязанных задач:

- разработка алгоритмов обработки информации в разностно-дальномерных системах произвольной конфигурации;

- синтез адаптивной системы координатометрии и радиотехнического контроля;

- совершенствование алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем.

Совокупность указанных задач и определяет в основном структуру и содержание данной диссертационной работы.

В результате проведенных исследований в работе получен ряд новых результатов, основные из которых выносятся на защиту:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации и оценка их точностных характеристик.

2. Синтез оптимальной структуры многопозиционной системы координатометрии, адаптивной к спектрально-временной и пространственной неопределенности сигналов источников радиоизлучения.

3. Оценка качества и направления совершенствования алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем по результатам имитационного математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в разработке алгоритмов обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах и содержит следующие основные результаты:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации.

2. Универсальные алгоритмы для оценки и анализа точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации.

3. Синтез и анализ оптимальной структуры адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, инвариантной к виду и параметрам сигналов источников радиоизлучения.

4. Имитационная математическая модель частотно-временного анализатора сигналов и результаты экспериментов, позволивших обосновать направления совершенствования алгоритмов обработки информации в приемном канале с быстрым спектральным анализом.

5. Имитационное математическое моделирование первичной обработки информации в базово-корреляционном модуле, составляющем основу построения адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, обеспечивающей последовательное уточнение координатно-признаковой информации об источниках радиоизлучения.

Научная значимость результатов исследования заключается в том, что полученные новые результаты расширяют представления о возможностях обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах, и роли имитационного математического моделирования в решении прикладных задач.

Созданные математические модели можно использовать в дальнейших научных исследованиях алгоритмов обработки координатно-признаковой информации в информационных системах контроля воздушного пространства и развития алгоритмов взаимодействия систем такого рода.

Практическая ценность результатов исследований: 1. Полученные в первом разделе результаты позволяют оценить потенциальные возможности разностно-дальномерных систем при их развертывании в несимметричной, произвольной конфигурации в системах с конкретной дислокацией.

2. Обоснован оптимальный вариант построения адаптивной многопозиционной угломерно-разностно-дальномерной системы, обеспечивающей высокую эффективность ее функционирования.

3. Созданные и исследованные имитационные математические модели позволяют определять пути совершенствования алгоритмов обработки информации в многопозиционных системах координатометрии и радиотехнического контроля.

4. Разработанные имитационные математические модели позволяют сократить сроки и затраты при практической отработке и испытаниях вновь проектируемых информационных систем контроля воздушного пространства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на согласовании результатов проведенных теоретических исследований с результатами имитационного математического моделирования, подтверждается результатами эксплуатации системы 85В6-Е «Вега». Кроме того, достоверность алгоритмов координатометрии разностно-дальномерных систем произвольной конфигурации подтверждается совпадением с известными результатами при переходе к симметричной конфигурации. Полученные новые научные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противоречат общепринятым представлениям.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Ярославского ЗРИ ПВО в 2002 г., межведомственной конференции на четвертой международной выставке «Граница-2002», X международной конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC*2004) в Воронеже, а также на научных семинарах в БелГУ.

Материалы диссертационной работы были опубликованы в 12 научных работах, из них 10 статей.

Основные положения и результаты работы реализованы в опытных образцах системы координатометрии и РТК "Вега" и станции "Охота".

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников из 70 наименований. Содержание работы изложено на 134 листах машинописного текста, иллюстрируется 26 рисунками и 7 таблицами.

5. Результаты исследования БКМ полученные с использованием ИММ полностью согласуются с результатами проведенных теоретических исследований. А так же позволяют сформулировать некоторые рекомендации по применению БКМ:

- автономное применение БКМ при больших дальностях до цели нецелесообразно, однако, использование пеленгов, полученных с помощью БКМ, в УС существенно повышает ее точностные характеристики;

- в особо опасных направлениях размеры баз необходимо делать максимально возможными;

- система обладает свойством деградации - выход из строя приемных пунктов не разрушает систему, а лишь снижает ее боевые возможности.

6. Траекторная обработка является важным этапом обработки информации в МСК, обеспечивающим выдачу потребителям информации требуемого состава, содержания и с требуемыми характеристиками качества, поэтому вопросам синтеза сигнально-траекторных алгоритмов обнаружения сигналов ИРИ следует уделять особое внимание. По результатам исследования наиболее оптимальным является применение двухэтапных процедур.

7. Двухфункциональное решающее правило содержит в своем составе энергетическую и кинематическую составляющие. Энергетическая составляющая предлагает учесть тот факт, что в среднем "яркость" траектории истинной цели больше яркости ложной траектории. Кинематическая - дополнительно предписывает не забывать, что траектория истинной цели в среднем должна меньше флюктуировать относительно принятой модели движения. Первый и второй этапы обработки позволяют целенаправленно, без глобального перебора, сформировать группы отметок с большей вероятностью принадлежащих цели и сформировать решение о наличии цели с параметраА ми v либо об ее отсутствии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. С практической точки зрения надо ориентироваться не только на симметричные, но и на несимметричные МСК, поскольку в реальных услр-виях построение симметричной системы не всегда возможно. В случае несимметричной системы потребуется адаптация ее пространственной структуры к геометрии местности. В строго симметричной конфигурации МСК алгоритмы определения координат ИРИ оказываются достаточно простыми. Для несимметричной конфигурации алгоритмы обработки информации существенно усложняются. Как показали выполненные исследования, в этом случае уравнения для оценки дальности и угловых координат, оказываются нелинейными, что затрудняет их решение, особенно при числе пунктов приема п > 3.

Переход от нелинейной системы уравнений к линейной позволяет относительно просто решать задачи определения координат ИРИ для произвольной конфигурации несимметричной РДС, при неодинаковых базах и их взаимных угловых положениях друг относительно друга.

Полученные в матричном виде соотношения позволяют определять плоскостные и пространственные координаты ИРИ при достаточно произвольном размещении пунктов на местности без предъявления к ним жестких требований по их расположению.

2. Основными источниками ошибок в РДС с фиксированными размерами баз являются ошибки оценивания разностей расстояний между ИРИ и пунктами приема Rh /=1.и-1. В случае несимметричных РДС приходится иметь дело со сложным случаем, когда вектор наблюдаемых параметров R = / = 1.И-1 выражается нелинейно через искомые координаты, образующие векторы состояния излучающего объекта: ol = \\ х у z \\ или а = || г Р £ || . Последнее исключает возможность непосредственного вычисления <jx, <ту, cfz и (Тп сгр, (ТЕ на основе соответствующих оценок Стд,- разностей расстояний.

В результате получены аналитические выражения для корреляционной матрицы ошибок С"1 и матрицы точности Са вектора состояния а.

Полученные соотношения, необходимые для оценки СКО стх, <ту, ст: и стп стр, <уЕ имеют достаточно универсальный характер. Путем элементарной коррекции их можно использовать для РДС с различной конфигурацией.

3. В процессе решения задачи координатометрии возможен выход из строя одного или нескольких ВПП. Для поддержания в этих условиях работоспособности системы необходимо использовать соответствующее резервирование средств, позволяющее обеспечить работу при выходе части средств системы из строя. Более предпочтительным является алгоритмическое резервирование, т.к. оно менее дорогостоящее по сравнению с аппаратурным.

При прерывании работы или выходе из строя приемных пунктов точностные характеристики РДС или УС в определенных секторах обзора пространства будут ухудшаться. Для уменьшения влияния выхода из строя ВПП на точностные характеристики РДС или УС расположение выносных пунктов должно быть относительно компактным и примерно равномерным в диапазоне рабочей зоны измеряемых азимутов ИРИ. При этом, как показали исследования предпочтительное число пунктов составляет примерно 6-8.

4. Проведенные исследования показали, что для решения множества задач, ставящихся перед современными ДА они оснащаются различными видами БРЭС, которые большую часть времени функционируют в широком диапазоне радиочастот со сложной и многообразной структурой зондирующих сигналов. При этом создают широкое информационное поле для пассивных информационных систем контроля воздушного пространства. Однако насыщенность ИРИ, сложность радиоэлектронной обстановки, широкий диапазон, неопределенность структуры и характеристик излучения приводят к целому ряду труднореализуемых и противоречивых требований предъявляемых к МСК и РТК:

- обеспечивать беспровальную зону обнаружения-сопровождения излучающих объектов радиусом до 500.600 км на высотах от 30 м до 30 км;

- реализовать высокоточное определение координат ИРИ во всей рабочей зоне;

- обеспечивать высокие характеристики качества координатно-признаковой информации при работе в широком диапазоне энергетических и частотно-временных параметров радиоизлучений.

Неопределенность структуры и характеристик излучения ИРИ вызывает необходимость адаптации МСК и РТК как с точки зрения обработки потока сигналов произвольного вида для извлечения координатной и признаковой информации об ИРИ, так и структуры и параметров такой системы в зависимости от требований потребителя.

5. Основные трудности практической реализации МСК и РТК заключаются в обеспечении оценки координат множества ИРИ со сложной структурой сигналов и различными видами модуляции. Как следует из результатов анализа точностных характеристик, возможности автономных РДС и УС являются относительно ограниченными. Поэтому применение только углового или разностно-дальномерного методов измерения координат будет малоэффективным.

Проведенные в данной диссертационной работе исследования показали, что МСК и РТК целесообразно строить в виде адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, в которой предусмотрено высокоточное местоопределение ИРИ и оценка параметров сигналов излучателей для распознавания и определения классов (типов) их носителей с целью выбора приоритетных объектов для их трассового сопровождения.

В синтезированной многопозиционной системе применен многоуровневый принцип уточнения координат источников радиоизлучения при комбинации известных методов пассивной координатометрии.

Исходным является универсальный метод параметрической триангуляции, который позволяет реализовать получение информации об ИРИ с точностями их пеленгования, независящими от частотно-временных характеристик излучения и достаточными для осуществления параметрической триангуляции (порядка 12-15 угл. мин.).

Для повышения точности измерения угловых и пространственных координат выбранных угломерным методом наиболее важных объектов используется угломерно-разностно-дальномерный корреляционный метод, реализуемый на малобазовых корреляционных модулях.

Этот метод является универсальным по отношению к виду широкополосной модуляции и числу измерительных баз и обеспечивает высокую точность измерения дальности на заданном рубеже и высокоточное (порядка 3-6 угл. мин.) измерение угловых координат во всей зоне обзора.

Использование данных базово-корреляционных модулей в качестве пе-ленгационных пунктов в триангуляционной системе обеспечивает высокоточную (1-2 мин. по угловым координатам и 1-2% от дальности) оценку координат ИРИ.

6. Основным этапом обработки информации в БКМ, составляющем основу построения адаптивной угломерно-разностно-дальномерной системы, является первичная обработка информации. Этап ПОИ БКМ на основе введенных констант и потока данных от измерителей БКМ должен обеспечивать выдачу на систему вторичной обработки информации БКМ координатной и признаковой информации требуемого состава по каждому излучающему объекту с характеристиками качества, близкими к потенциальным.

Разработанная имитационная математическая модель ПОИ БКМ позволяет всесторонне исследовать выбранную конфигурацию системы, оптимизировать ее пространственную структуру, технические характеристики ее составных частей и оценить эффективность системы для решения поставленных задач.

7. Траекторная обработка является важным этапом обработки информации в МСК и РТК, обеспечивающим выдачу потребителям информации требуемого состава и с требуемыми характеристиками качества. По результатам исследования наиболее оптимальным является применение двухэтапных процедур на основе критерия максимального правдоподобия. Два этапа обработки позволяют без глобального перебора, сформировать группы отметок с большей вероятностью принадлежащих движущемуся объекту.

8. Особенность функционирования пассивных координатометрических систем состоит в том, что параметры принимаемых радиосигналов априори неизвестны и решение задач местоопределения ИРИ возможно только после установления факта обнаружения источников излучения в полосе частот разведки и устранения существующей неопределенности путём точной оценки параметров сигналов.

Проведенное математическое моделирование приемного канала с быстрым спектральным анализом для обнаружения и определения параметров сигналов с произвольным видом модуляции и последующим формированием вектора признаков ИРИ, позволило изучить рациональные принципы и закономерности обработки принимаемых излучений, выявить основные направления совершенствования алгоритмов обработки радиосигналов и дать его качественные оценки в решении задач стоящих перед адаптивными УРДС.

9. По результатам выполненной работы можно сделать вывод о том, что научная задача, поставленная в предлагаемой работе решена, цели достигнуты. Решение поставленной научной задачи, заключающейся в разработке алгоритмов обработки информации в адаптивных угломерно-разностно-дальномерных системах, позволило:

- разработать алгоритмы и оценки точностных характеристик координатометрии ИРИ разностно-дальномерными системами произвольной конфигурации;

- синтезировать оптимальную структуру МСК, адаптивной к спектрально-временной и пространственной неопределенности сигналов ИРИ;

- получить оценки качества и направления совершенствования алгоритмов обработки информации в средствах адаптивных угломерно-разностно-дальномерных систем по результатам имитационного математического моделирования.

1. Слипченко, В. И. Войны шестого поколения / В. И. Слипченко. -М.: Вече, 2002.-384 с.

2. Краснов, А. В. Роль воздушных средств информационной войны и проблемы борьбы с ними / А. В. Краснов, К. С. Кобрин // Зарубежное военное обозрение. 1998. - №10. - С. 29-32.

3. Жуков, В. А. Взгляды военного руководства США на ведение информационной войны / В. А. Жуков // Зарубежное военное обозрение. — 2001. -№6- С. 38-43.

4. Рябов, Б. Время тихой локации / Б. Рябов // Воздушно-космическая оборона. 2002. - №4 (7). - С. 32-35.

5. Шевцов, В. А. Информационное противоборство как крайнее проявление конфликта в информационном пространстве / В. А. Шевцов // Радиотехника. 2001. - №3. - 87-93 с.

6. Аверьянов, В. Я. Разнесенные радиолокационные станции и системы / В. Я. Аверьянов. Минск: Наука и техника, 1978. - 184 с.

7. Радиоэлектронные системы : справочник / под ред. Я. Д. Ширмана. М.: ЗАО "Маквис", 1998. - 828 с.

8. Черняк, В. С. Многопозиционная радиолокация / В. С. Черняк. М.: Радио и связь, 1993. - 415 с.

9. Сайбель, А. Г. Основы теории точности радиотехнических методов местоопределения : учеб. пособие / А. Г. Сайбель. — Оборонгиз, 1958. — 54 с.

10. Скосырев, В. Н. Метод повышения точности определения угловой координаты помехоносителя в разнесенной системе пассивной радиолокации / В. Н. Скосырев // Вопросы кораблестроения. 1983. - Вып. 37. Сер. PJIT. -С. 64-69.

11. Кондратьев, В. С. Многопозиционные радиотехнические системы / В. С. Кондратьев, А. Ф. Котов, JI. Н. Марков ; под ред. В. В. Цветкова. М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

12. Караваев, В. В. Статистическая теория пассивной локации / В. В. Караваев, В. В. Сазонов. М.: Радио и связь, 1987. - 240 с.

13. Вакин, С. А. Основы радиопродиводействия и радиотехнической разведки / С. А. Вакин, JI. Н. Шустов. М.: Сов. радио, 1968. - 448 с.

14. Симаков, В. А. Построение адаптивных систем пассивной радиолокации на принципах разностно-дальномерной координатометрии /

15. B. А. Симаков // Научные ведомости БелГУ. 2005. - № 2 (22). - С. 211-219. - (Сер. «Физика». Вып. 11).

16. Курош, А. Г. Курс высшей алгебры / А. Г. Курош. М.: Наука, 1971.-431 с.

17. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения : учеб. пособие для втузов / Е. С. Вентцель, JI. А. Овчаров. 2-е изд., стер. -М.: Высш. шк., 2000. - 480 с.

18. Небабин, В. Г. Радиоэлектронные средства противорадиолокацион-ных ракет / В. Г. Небабин, И. Б. Кузнецов // Зарубежная радиоэлектроника. — 1990.-№7.-С. 67-79.

19. Макаров, Л. Перспективные зарубежные авиационные РЛС управления оружием / Л. Макаров // Зарубежное военное обозрение. 1992. -№10.-С. 35-40.

20. Маркевич, С. Состояние и перспективы развития самолетов ДРЛО /

21. C. Маркевич // Зарубежное военное обозрение. 2000. -№5. - С. 54-60.

22. Кирилов, А. Перспективные зарубежные беспилотные аппараты / А. Кирилов // Зарубежное военное обозрение. — 2002. №3. - С. 46-50.

23. Афинов, В. Тенденции развития средств РЭБ авиации вооруженных сил США на пороге XXI века / В. Афинов // Зарубежное военное обозрение. -1998.-№6.-С. 28-35.

24. Афинов, В. Станции РЭП индивидуальной защиты боевых самолетов / В. Афинов // Зарубежное военное обозрение. 1999. - №2. -С. 34-41.

25. Симаков, В. А. Методический подход к решению задачи статистического синтеза адаптивных систем пассивной радиолокации / В. А. Симаков, Г. А. Травин, В. М. Терешко // Научные ведомости БелГУ. 2005. -№ 2 (22). - С. 199-202. - (Сер. «Физика». Вып. 11).

26. Анфилатов, В. С. Системный анализ в управлении : учеб. пособие / В. С. Анфилатов, А. А. Емельянов, А. А. Кукушкин ; под ред.

27. A. А. Емельянова. М.: Финансы и статистика, 2002. —368 с.

28. Лезин, Ю. С. Введение в теорию и практику радиотехнических систем : учеб. пособие для вузов / Ю. С. Лезин. М.: Радио и связь, 1986. -280 с.

29. Бакулев, П. А. Радиолокационные и радионавигационные системы : учеб. пособие для вузов / П. А. Бакулев, А. А. Сосновский. М.: Радио и связь, 1994.-296 с.

30. Справочник по радиолокации / под ред. М. Сколника ; пер. с англ. ; под общей ред. К.Н. Трофимова. В 4 т. Т. 4. Радиолокационные станции и системы / под ред. М. М. Вейсбейна. М.: Сов. радио, 1978. - 376 с.

31. Шишов, Ю. А. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов / Ю. А. Шишов, В. А. Ворошилов. М.: Радио и связь, 1987. - 144 с.

32. Горелик, А. Л. Построение систем распознавания / А. Л. Горелик,

33. B. А. Скрипкин. М.: Сов. Радио, 1974. - 224с.

34. Горелик, А. Л. Методы распознавания / А. Л. Горелик, В.А. Скрипкин. М.: Высшая школа, 1984. - 208с.

35. Партала, А. Н. Методы обработки сигналов в пассивных радиолокационных системах / А. Н. Партала, В. В. Волков, А. В. Стефанович // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. - №6. - С. 71-78.

36. Афинов, В. Модернизация системы АВАКС (часть 1) / В. Афинов // Зарубежное военное обозрение. 1995. - №6. - С. 42-46.

37. Афинов, В. Модернизация системы АВАКС (часть 2) / В. Афинов // Зарубежное военное обозрение. 1995. - №7. - С. 36-43.

38. Александров, И. Космическая радионавигационная система НАВСТАР / И. Александров // Зарубежное военное обозрение. 1995. - №5. - С. 39-44.

39. Вартанесян, В. А. Радиоэлектронная разведка / В. А. Вартанесян. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Воениздат, 1991. - 253 с.

40. Ширман, Я. Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я. Д. Ширман, В. Н. Манжос М.: Сов. радио, 1981.-416 с.

41. Кузьмин, С. 3. Цифровая обработка радиолокационной информации / С. 3. Кузьмин. М.: Сов. радио, 1967.-400 с.

42. Варакин, JI. Е. Теория сложных сигналов / Л. Е. Варакин. — М.: Сов. радио, 1970.-376 с.

43. Свистов, В. М. Радиолокационные сигналы и их обработка / В. М. Свистов. М.: Сов. радио, 1977. - 448 с.

44. Перетягин, И. В. Оптимальная обработка сигналов источников радиоизлучения в условиях априорной неопределенности / И. В. Перетягин // Научные ведомости, БелГУ. 2001. - № 2(15). - С. 110-116. - (Сер. «Физика»).

45. Перетягин, И. В. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы / И. В. Перетягин, С. В. Меремьянин, В. А. Симаков // Научные ведомости БелГУ. 2001. - № 2 (15). - С. 117-118. - (Сер. «Физика»).

46. Кочемасов, В. Н. Акустоэлектронные Фурье-процессоры / В. Н. Кочемасов, Е. В. Долбня, Н. В. Соболь. М.: Радио и связь, 1987. -168 с.

47. Демин, В. П. Радиоэлектронная разведка и радиомаскировка / В. П. Демин, А. И. Куприянов, А. В. Сахаров. М.: Издательство МАИ, 1997.- 156 с.

48. Залмазон, JI. А. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях / JI. А. Залмазон. М.: Наука, 1989.-495 с.

49. Ланге, Ф. А. Статистические аспекты построения измерительных систем / Ф. А. Ланге. М.: Радио и связь, 1981. - 168 с.

50. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. В 2 т. Т. 2 / под ред. Б. X. Кривицкого ; под общей ред. А. А. Куликовского. М.: Энергия, 1977.-472 с.

51. Репин, В. Г. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем / В. Г. Репин, Г. П. Тартаковский. М.: Сов. радио, 1977. - 432 с.

52. Ширман, Я. Д. Разрешение и сжатие сигналов / Я. Д. Ширман. М.: Сов. радио, 1974.-360 с.

53. Мартынов, В. А. Панорамные приемники и анализаторы спектра / В. А. Мартынов, Ю. И. Селихов. М.: Сов. радио, 1964. - 408 с.

54. Харкевич, А. А. Спектры и анализ / А. А. Харкевич. М.: Гостехиздат, 1957.-236с.

55. Золотарев, И. Д. Автоматические анализаторы спектра рецикуляционного типа / И. Д. Золотарев, Ю. А. Брюханов. М.: Энергия, 1973.-120 с.

56. Справочник по радиолокации / под ред. М. Сколника; пер. с англ. ; под общей ред. К. Н. Трофимова. В 4 т. Т. 1. Основы радиолокации / под ред. Я.С. Ицхоки. М.: Сов. радио, 1976.-456 с.

57. Айвазян С. А. Прикладная статистика : основы моделирования и первичная обработка данных ; справочное изд. / С. А. Айвазян, И. С. Енюков, JI. Д. Мешалкин ; под ред. С. А. Айвазяна. М.: Финансы и статистика, 1983. -471 с.

58. Бакут, П. А. Обнаружение движущихся объектов / П. А. Бакут, Н. А. Иванчук, Ю. В. Жулина. М.: Сов. радио, 1980. - 288 с.

59. Акимов, П. С. Теория обнаружения сигналов / П. С. Акимов, П. А. Бакут, В. А. Богданович ; под ред. П. А. Бакута. М.: Радио и связь. 1984. -440 с.

60. Вальд, А. Последовательный анализ / А. Вальд ; пер. с англ. П. А. Бакута, Б. М. Герасимова, И. Н. Кузнецова, А. А. Курикши ; под ред. Б. А. Севастьянова. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1960. - 332 с.

61. Чабдаров, Ш. М. Полигауссовы представления произвольных помех и прием дискретных сигналов / Ш. М. Чабдаров, А. Т. Трофимов // Радиотехника и электроника. 1975. - № 4. - С. 76-83.

62. Кузьмин, С. 3. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации / С. 3. Кузьмин. М.: Радио и связь, 1986. -352 с.