автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Алгоритмы и цифровые устройства многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала

На правах рукописи

Андреев Николай Александрович

АЛГОРТИМЫ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА МНОГОСКОРОСТНОЙ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ТРАЕКТОРНОГО СИГНАЛА

Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и

устройства телевидения»

Автореферат

4841517

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 2 4 [у|Д р 2011

Рязань 2011

4841517

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Витязев Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Клочко Владимир Константинович кандидат технических наук, доцент Филатов Александр Дмитриевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский институт радиотехники,

электроники и автоматики (технический университет)»

Защита состоится « И » апреля 2011 г. в 12 часов на заседании Диссертационного совета Д212.211.04 в ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Рязанский Государственный радиотехнический университет».

Автореферат разослан « 11 » марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.211.04 канд.техн.наук, доцент

А.Г. Борисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные бортовые радиотехнические системы наблюдения за земной поверхностью, в режиме «воздух-земля», и окружающей воздушной обстановки, в режиме «воздух-поверхность», решают целый комплекс задач радиовидения путем обработки принимаемого траекторного сигнала и формирования радиолокационного изображения (РЛИ) в реальном времени. Эффективное решение задач радиовидения стало возможным благодаря оснащению РЛС нового поколения бортовым вычислительным комплексом (БВК) с полностью цифровой обработкой траекторного сигнала. Появление цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) и модулей обработки сигналов (МОС) на их основе с вычислительной производительностью до нескольких миллиардов операций в секунду позволило от общетеоретических положений перейти к разработке реального программно-алгоритмического обеспечения работы БВК в различных режимах формирования и обработки РЛИ.

Значительный вклад в решение задач радиовидения и разработку теории, методов и эффективных алгоритмов обработки траекторного сигнала внесли отечественные ученые и специалисты, среди которых можно выделить работы: Антипова В.Н., Горяинова В.Т., Клочко В.К., Кондратенкова Г.Ф., Лаврова A.A., Орлова М.С., Самарина О.Ф., Фролова А.Ю. Вместе с тем, все более сложные алгоритмы формирования и обработки РЛИ, направленные на повышение разрешающей способности в условиях траекторных нестабильностей носителя БВК и возмущающих воздействий, их реализация в реальном времени с достаточно высокой скоростью смены кадров, требуют значительных вычислительных ресурсов, памяти данных и коэффициентов. Поэтому актуальной остается проблема устойчивой работы алгоритмов формирования РЛИ путем саморегулирования и адаптации к изменению параметров траекторного сигнала, а также минимизации вычислительных затрат на их реализацию.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование методов и алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения, направленных на повышение качества и скорости формирования РЛИ при одновременной минимизации вычислительных затрат и памяти данных.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач.

1. Анализ методов и алгоритмов обработки траекторного сигнала в различных режимах картографирования земной поверхности и формирования РЛИ на основе многоскоростной адаптивной фильтрации.

2. Разработка алгоритмов адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу доплеровских частот и фазовым искажениям траекторного сигнала.

3. Разработка и оптимизация структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора блока предварительной обработки траекторного сигнала в режиме секторного обзора.

4. Разработка способов и алгоритмов адаптации набора полосовых фильт-ров-дециматоров блока предварительной обработки широкополосного траекторного сигнала в режиме панорамного обзора.

5. Разработка и оптимизация структуры адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала.

6. Моделирование и исследование эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала и формирования РЛИ в режимах секторного и панорамного обзоров.

7. Разработка аппаратных модулей и программно-алгоритмического обеспечения БВК, ориентированных на эффективное решение задач формирования РЛИ в реальном времени с учетом влияния траекторных нестабиль-ностей и автоматической фокусировки.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались теория и методы цифровой обработки сигналов, включающие в себя: методы частотно-временной селекции и спектрального анализа, многоскороетной и адаптивной фильтрации, оптимального проектирования многопроцессорных систем ЦОС на сигнальных процессорах. Теоретические исследования проводились с применением математического аппарата статистической радиотехники, радиолокации и радиовидения, методов оптимизации и имитационного моделирования.

Научная новизна. В процессе исследований получены следующие новые научные результаты.

1. Разработаны алгоритмы адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу доплеровских частот и фазовым искажениям траекторного сигнала с применением многоскоростной обработки и набора формирующих фильтров с автофокусировкой в частотной области.

2. Предложен метод и проведена оптимизация параметров многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора блока предварительной обработки траекторного сигнала, реализуемого на ЦСП заданного семейства.

3. Разработаны способы и алгоритмы адаптации к структуре широкополосного траекторного сигнала на основе многоступенчатой многоскоростной обработки и оптимизации параметров цифрового приемника.

.4. Предложена методика многокритериальной оптимизации и проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала, реализуемого на ЦСП заданного семейства.

5. Проведены исследование и оценка эффективности новых способов и алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения.

Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием математического аппарата при выводе аналитических выражений, экспериментальной проверкой предложенных способов и алгоритмов обработки траекторного сигнала с использованием имитационного моделирования и созданием опытного образца цифрового приемника.

Практическая значимость. Предложенные способы и алгоритмы многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала и разработанные цифровые устройства на их основе позволяют:

- обеспечить устойчивую работу цифрового приемника траекторного сигнала при уходе (смещении) доплеровских частот, обусловленном траекторными не-стабилъностями и возмущающими воздействиями;

- многократно (в 10-20 раз для контрольных примеров) уменьшить вычислительные затраты при одновременном снижении требований к скорости обработки и формирования РЛИ, а также емкости памяти данных и коэффициентов;

- создать семейство цифровых модулей обработки сигналов и программное обеспечение, ориентированное на эффективное решение задач радиовидения в реальном времени.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ФГУП «ГРПЗ» при модернизации серийно выпускаемых бортовых радиолокационных комплексов (БРЛК) систем управления вооружением для самолетов и вертолетов нового поколения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритмы адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу (смещению) доплеровских частот и фазовых искажений траекторного сигнала, отличающиеся многоступенчатой многоскоростной реализацией набора формирующих фильтров с применением автофокусировки в частотной области, которые позволяют уменьшить приведенные вычислительные затраты более чем в 10 раз и памяти данных в 2-4 раза.

2. Способы и алгоритмы адаптации цифрового приемника к структуре широкополосного траекторного сигнала, отличающиеся многоступенчатой многоскоростной реализацией набора перестраиваемых фильтров-дециматоров с поэтапной оценкой смещения и трансформации полосы доплеровских частот, которые позволяют уменьшить приведенные вычислительные затраты в 16-20 раз и памяти данных в 3-7 раз.

3. Методы многокритериальной оптимизации параметров многоступенчатой структуры адаптивного цифрового приемника блока предварительной обработки траекторного сигнала, отличающиеся новой постановкой и математической формализацией задачи оптимального проектирования, которая позволяет минимизировать приведенные вычислительные затраты на реализацию с учетом всех установленных ограничений для заданного семейства цифровых сигнальных процессоров.

4. Многопроцессорные устройства цифровой обработки траекторного сигнала, ориентированные на решение задач радиовидения в реальном времени.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 7-й, 8-й, 9-й, 11-й и 12-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-ОБРА» (г. Москва, ИПУ РАН, 2005 г., 2006 г., 2007 г., 2009 г., 2010 г.); МНТК «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2005 г.); 19-й, 21-й НТК НИИ приборостроения имени В.В. Тихомирова (г. Жуковский, 2005 г., 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, среди которых: 5 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5 патентов, 12 докладов в трудах и тезисах международных и отраслевых конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 69 наименований, 12-ти приложений. Содержание работы изложено на 179 стр. основного текста, включая 80 иллюстраций, 7 стр. библиографии и 87 стр. приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулированы цель, задачи и основные положения, выносимые на защиту; определен круг вопросов, касающихся решения поставленных задач.

Первая глава посвящена описанию и анализу алгоритмов обработки и способов построения структуры цифрового приемника траекторного сигнала в задачах радиовидения. Приводится математическая модель траекторного сигнала и алгоритмы его обработки в режимах: реального луча (РЛ), допле-ровского обужения луча (ДОЛ), фокусируемого синтезирования апертуры (ФСА) и селекции наземных движущихся целей (СНДЦ). Рассматриваются способы построения структуры адаптивного цифрового приемника траекторного сигнала в режимах ДОЛ и ФСА с одновременной селекцией наземных движущихся объектов. Отмечается эффективность применения многоскоростной обработки, предшествующей формированию РЛИ. Формулируются задачи исследований.

При картографировании земной поверхности путем формирования РЛИ в качестве зондирующего сигнала обычно используются фазоманипулированные последовательности импульсов с заданной частотой повторения. Зондирующий сигнал <?о(0отражается от всей совокупности Лоточек земной поверхности в пределах зоны обзора и в виде суммы сигналов

¡=0

поступает на радиолокационный приемник. Такой сигнал называют траектор-ным, так как каждая его составляющая принимаемая от г-ой точки земной поверхности, зависит не только от ее отражающих свойств, но и от параметров траектории полета носителя БРЛК

s ДО = и ¡G(t)ex р

О)

Д

где: U,,<pol - случайные амплитуда и начальная фаза сигнала; Л - длина волны; G(t)~ нормированная функция, характеризующая модуляцию сигнала ДНА; DHt(í)- текущее расстояние от носителя БРЛК до /-ой точки отражения в наклонной плоскости, которое для прямолинейной траектории полета определяется как

V V sin 2 ви! cos в

где - наклонная дальность до г-ой точки отражения в начальный момент времени, 6>,„ - азимут / -ой точки отражения в плоскости ДНА, содержащей наклонную дальность, Г - скорость полета БРЛК.

Подставив (2) в аргумент функции (1) и отбросив все составляющие выше кубической, получим, что доплеровская частота I -ой составляющей траектор-ного сигнала принимает вид:

""Д ' Я Щ, " 2ХЯ1 V '

В зависимости от точности аппроксимации принятой модели траекторного сигнала различают три режима картографирования земной поверхности: режим РЛ, когда пренебрегают изменением дальности до ¿-ой точки отражения за предельно короткое время зондирования, режим ДОЛ, когда учитывается линейная составляющая в модели (2), и, наконец, режим ФСА на длительных интервалах синтезирования, принимающий во внимание квадратичную составляющую изменения дальности в (2) и, как следствие, линейную частотную модуляцию в (3).

В работе представлены алгоритмы обработки траекторного сигнала во всех перечисленных режимах картографирования земной поверхности. Описывается способ построения структуры адаптивного цифрового приемника траекторного сигнала в режимах ДОЛ и ФСА с одновременной селекцией НДЦ на основе многоскоростной обработки, впервые предложенный в работах Колодько Г.Н. и принятый для дальнейшего исследования и модификации с позиции обеспечения устойчивой работы цифрового приемника в условиях траекторных неста-бильностей и фазовых искажений, а также минимизации требуемых вычислительных затрат при реализации на ЦСП заданного семейства. Формулируются задачи исследований.

Во второй главе рассматриваются алгоритмы адаптации узкополосного фшыпра-дециматора к уходу (смещению) доплеровских частот и фазовых искажений траекторного сигнала. Формулируется задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фшътра-дециматора блока предварительной обработки траекторного сигнала. Проводится математическая формализация и решение задачи оптимального проектирования на ЦСП заданного семейства набора формирующих фильтров-дециматоров, перестраиваемых по центральной частоте и ширине полосы пропускания.

Введение этапа предварительной фильтрации в алгоритме обработки узкополосного траекторного сигнала в режиме секторного обзора оказывается эффективным не только с точки зрения понижения частоты дискретизации перед основной обработкой, но и с позиции возможности предварительной компенсации фазовых искажений за счет применения адаптивных методов настройки фильтра-дециматора. Действительно, основная задача предварительной фильтрации состоит в выделении полосы частот узкополосного траекторного сигнала и переходе к обработке только информативного участка спектра с пропорциональным уменьшением вычислительных затрат. В тоже время траекторные не-

стабильности и другие источники искажений оказывают существенное влияние на положение полосы частот сигнала и вызывают ее уход (смещение). Система обработки фактически становится «расстроенной», что уменьшает отношение сигнал/шум и приводит к искажениям формируемого РЛИ. Компенсация ухода полосы доплеровских частот может быть естественным образом произведена на этапе предварительной фильтрации. Поэтому цифровой полосовой фильтр-дециматор становится адаптивным, выполняя поиск полосы частот траекторно-го сигнала и самонастройку параметров.

Рассматриваются различные варианты построения структуры адаптивного цифрового фильтра-дециматора (ЦФД) и алгоритмы обработки узкополосного траекторного сигнала на основе многоскоростной фильтрации и адаптации в частотной области с применением набора формирующих фильтров.

Ставится задача оптимального проектирования на ЦСП заданного семейства многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора в классе КИХ-цепей. На рис.1 показан общий вид блока предварительной обработки узкополосного траекторного сигнала, включающего т ступеней децимации на основе фильтров ЛГ-го порядка с

функциями передачи я, ст), ¿ = 1 ,/я, выполняющих понижение частоты

т

дискретизации в раз, и набора из М формирующих фильтров (ФФ)

Л'о -го порядка с функцией передачи Я0(_/г»), обеспечивающих согласование со спектральной структурой траекторного сигнала, работая на пониженной в V раз частоте дискретизации.

Решающее устройство (РУ) на выходе набора ФФ определяет уход полосы частот траекторного сигнала и передает соответствующую информацию в блок адаптации. Последний дополнительно оценивает ширину полосы частот обрабатываемого сигнала и настраивает узкополосный фильтр-дециматор на соответствующую полосу частот. Число ФФ М зависит от ширины полосы частот траекторного сигнала с учетом максимально возможного ухода доплеровских частот и требуемой точности настройки цифрового приемника.

Ьнетш информация

Рисунок 1. Структурная схема устройства предварительной обработки траекторного сигнала.

Предполагается, что в режиме «захвата» полосы частот траекторного

сигнала, когда информация об его «тонкой» структуре не известна, набор ФФ заменяется набором обычных полосовых фильтров с заданными шириной полосы пропускания и параметрами частотной избирательности, определяющими порядок N. В режиме «слежения» за уходом полосы частот траекторного сигнала порядок N и форма импульсной характеристики ФФ считаются заданными.

Задача заключается в оптимизации параметров многоступенчатой структуры набора из М ФФ (в частном случае полосовых) с заданным коэффициентом перекрытия их частотных характеристик и значением минимального порядка N, обеспечивающей минимизацию приведенных вычислительных затрат на реализацию в реальном времени.

Задачу оптимального проектирования многоступенчатой структуры набора ФФ сформулируем следующим образом: на множестве многоступенчатых

структур Ср' еС/-', / = 0,1,...,т, класса КИХ-цепей ар , реализуемых с

использованием вторичной дискретизации, найти подкласс £<?;?' и

составной оператор Рк е С§к вида Рк = {Р0Ри...,Рк} с заданной структурой

ЬЛк, такие, что

ф\С§к,Рк) = У(С§',Р1)^ лип;

вру

■ тах

^ 1)

а(С§к,Рк)<Ойоп-

где ф'(Орк ,Р'к) — целевая функция, выбираемая из критерия минимизации приведенные к периоду дискретизации Тх входного сигнала временных затрат V(Снк на программно-аппаратную реализацию оператора Рк в подклассе Срк в{]а,Рк) и Н(]со) - воспроизводимая с допустимой погрешностью £доп и желаемая функции передачи ФФ; р(ю) — весовая функция чебы-

шевского приближения; Б{Срк,Р ) и

— емкость внутрикристальной памяти данных и емкость памяти программ, требуемые на программную реализацию оператора — дисперсия собственного шума на выходе цифрового устройства, реализующего оператор Рк е Срк ;

$доп, Одоп, Вдоп — совокупность ограничивающих факторов, определяемых конкретными условиями программно-аппаратной реализации оператора

Рк е Орк . Допустимые ограничения на предельную емкость внутрикристальной памяти данных 5Й0„ и внешней (внекристальной памяти программ) вдоп определяются семейством ЦСП и способом организации памяти цифрового

устройства, а допустимый уровень собственных шумов Döon зависит от требований, накладываемых на точность воспроизведения желаемых характеристик фильтра.

Проводится математическая формализация всех функциональных зависимостей, входящих в (1). Показано, что объединенные оценки приведенных к периоду Тх временных затрат и затрат памяти на реализацию ( / +1 )-ступенчатой структуры набора из М фильтров можно представить в виде

v(G?>, ^')=t-Mn '. wY-P-v. (or . Л'»); ГК ТЬ

м м

■ = + S0(Gj!°',N0y,

(2)

OLG? = ¿ö,(Gf',iV„4) +MÖ0(Gf\W„).

Приводятся оценки затрат, входящих в описание (2), ориентированные на реализацию с применением ЦСП семейства TMS 320С6713 и семейства ADSP TS201 для полифазной формы построения фильтров-дециматоров и прямой формы реализации формирующего фильтра.

Показано, что исходная задача оптимального проектирования, с учетом описания (2) при заданном порядке формирующих фильтров N, может быть полностью математически формализована и сведена к решению задачи оптимизации структурных параметров: числа ступеней Kpt, значений

порядков фильтров-дециматоров ^ opt и коэффициентов децимации viopt для

каждой i -ой ступени преобразования, ' = 0, kopt, при условии, что порядок

эквивалентного по свойствам частотной избирательности

одноступенчатого ФФ N3(G§k ,Fk)>N.

Получены аналитические соотношения, связывающие друг с другом основные структурные параметры многоступенчатой реализации набора узкополосных формирующих фильтров с последовательным понижением частоты дискретизации на выходе системы. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора формирующих фильтров с заданным коэффициентом перекрытия их АЧХ для ЦПОС семейства ADSP TS201 TigerSHARC фирмы Analog Devices.

Показано, что для рассматриваемой задачи построения адаптивного цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала оптимальная структура обеспечивает уменьшение общих вычислительных затрат более чем в 10 раз и памяти данных - в 2-4 раза. Проведено сравнение по вычислительной эффективности и памяти данных квазиоптимальной многоступенчатой реализации набора узкополосных формирующих фильтров на основе последовательного

соединения элементарных фильтров-дециматоров, понижающих частоту дискретизации в 2 раза, с оптимальной трехступенчатой структурой. Показано, что использование квазиоптимальной реализации структуры набора формирующих фильтров для решения поставленной задачи может быть в ряде случаев более предпочтительным.

Предметом исследований третьей главы диссертационной работы являются способы и алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала. Приводится общая структура цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала, использующая набор полосовых фильтров-дециматоров с разнотипными частотными характеристиками, реализуемый с применением многоскоростной многоступенчатой обработки. Проводится математическая формализация и решение задачи оптимизации многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала на ЦСП заданного семейства. Предлагаются новые способы и алгоритмы многоступенчатой адаптации на основе многоскоростной обработки с поэтапной оценкой смещения и трансформации полосы доплеровских частот траекторного сигнала.

С целью значительного уменьшения времени формирования РЛИ рекомендуется использовать режим панорамного обзора, отличающийся от секторного обзора расширением ДНА в азимутальном направлении и, как следствие, увеличением ширины полосы частот принимаемого траекторного сигнала. Как показал анализ спектральной структуры траекторного сигнала, для обеспечения равного азимутального разрешения по всем направлениям обзора и формирования РЛИ требуется неравномерное спектральное разрешение, в значительной степени возрастающее при переднем обзоре. Для реализации неравномерной частотной селекции азимутальных каналов было предложено использовать набор (банк) цифровых полосовых фильтров-дециматоров предварительной обработки широкополосного траекторного сигнала, «имитирующего» пространственно-частотное разделение азимутальных каналов, характерное для секторного обзора.

Общая структурная схема цифрового приемника траекторного сигнала в режиме панорамного обзора приведена на рис.2. Входной траекторный сигнал

х,(пТх), в общем случае комплексный, подается на вход устройства предварительной обработки, включающего в себя набор из МЦПФ, перестраиваемых по центральной частоте со0] и ширине полосы пропускания 2ю у = 1, М, и блока

адаптации. Задача первого блока - банка фильтров-дециматоров, выделить заданные полосы частот траекторного сигнала, соответствующие определенным азимутальным направлениям ДНА в режиме секторного обзора, и понизить частоту дискретизации в раз, пропорционально отношению частоты повторения зондирующих импульсов к ширине полосы частот у'-ой составляющей траекторного сигнала. Предполагается, что при переходе от бокового обзора к переднему и формированию РЛИ в соответствующем азимутальном направле-

нии ДНА равной ширины, полоса частот траекторного сигнала в значительной степени сужается, а, следовательно, возрастает коэффициент децимации .

Рисунок 2. Структурная схема цифрового приемника траекторного сигнала в режиме панорамного обзора Задача второго блока - блока адаптации - слежение за возможным непропорциональным уходом центральных частот го0; и ширины полосы частот траекторного сигнала на выходе каждого канального ЦПФ, вследствие траекторных нестабильностей и маневров носителя БРЛК, и автоматическая настройка соответствующих параметров набора полосовых фильтров-дециматоров. По внешней информации, поступающей от блока управления БРЛК, задается ширина сектора и направление обзора. Устройство формирования РЛИ по прореженным последовательностям траекторного сигнала Уи(тТ2]),] = 1 ,М, г = 1 ,К, путем прямого вычисления ДПФ (в режиме «ДОЛ») или с использованием предварительной компенсации ЛЧМ (в режиме «ФСА») и оценки модуля элементов матрицы вычисленных коэффициентов Фурье синтезирует текущий

кадр изображения.

Рассмотрены два подхода к решению задачи предварительной обработки траекторного сигнала с помощью набора полосовых фильтров-дециматоров. Первый предполагает, что ширина полосы частот траекторного сигнала на выходе каждого /-го ЦПФ изменяется в относительно небольших пределах (не более чем на половину ширины полосы пропускания), а уход по центральной частоте ео0] компенсируется блоком адаптации по внешней информации о скорости и ускорении носителя БРЛК, траектории его полета и другим параметрам, однозначно определяющим уход доплеровских частот траекторного сигнала. В этом случае задача построения оптимальной структуры цифрового приемника траекторного сигнала сводится к оптимизации параметров в общем случае многоступенчатой пирамидальной структуры набора из М полосовых фильтров-дециматоров с заданными параметрами и свойствами частотной избирательности. При этом, с учетом возможного расширения полосы частот и нескомпен-сированного блоком адаптации ухода доплеровских частот, предлагается увеличить коэффициент перекрытия соседних частотных каналов как минимум в

«ад, нм

ЦФДи

ЦОД«

□Е

■ШФД,.,

Е^ж ицсжки смеикиш и мпхфмп-слровкн

у/тТ.)

>Я*т,)

ЦФД:.

> -0

два раза, оставляя прежними значения центральных частот каждого у'-го

фильтра, что позволит в последующем, на этапе формирования РЛИ, выполнить «подстройку» амплитудного спектра в каждой _/-й полосе частот траек-торного сигнала.

Второй подход к реализации устройства предварительной обработки траек-торного сигнала полностью ориентируется на методы и алгоритмы автофокусировки и адаптации в частотной области с использованием устройства спектрального оценивания. По результатам спектрального оценивания решающее устройство блока адаптации производит оценку возможного ухода полосы частот траекторного сигнала, используя один из алгоритмов автофокусировки, а

блок перестройки параметров вносит соответствующую коррекцию центральных частот набора полосовых фильтров-дециматоров.

Предложены два способа многоступенчатой адаптации на основе многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала и алгоритмы их реализации с использованием набора перестраиваемых полосовых фильтров-дециматоров, позволяющие уменьшить вычислительные затраты, увеличить точность настройки системы и ускорить процесс адаптации. Первый способ предполагает многоступенчатую оценку смещения полосы частот траекторного сигнала по ее верхней границе, а второй - многоступенчатую адаптацию на основе комбинированной структуры набора фильт-ров-дециматоров и алгоритмов фильтрации в частотной области (рис. 3).

Ускорение процесса адаптации обусловлено тем, что настройка фильтров-дециматоров выполняется поэтапно, от ступени к ступени, не дожидаясь окончательного результата обработки на их выходах (т.е. в переходном процессе). Фактически фильтры-дециматоры реализуются как фильтры с растущей памятью. Последнее позволяет последовательно увеличивать точность оценок параметров адаптивной системы для более узкополосных субполосных каналов, используя «грубые» оценки смещения доплеровских

■•С

1№1, НМ

'¿V

«аоиж счяцсжвя • аггвфоку-гмрмиея

ЦФД

ЦФДм

ЦФДч

ЦФД..

(иох оисни мещгния а шшфдеу-аф№ки

Рисунок 3. Способ многоступенчатой адаптации на основе квазиоптималыюй комбинированной структуры набора ЦФД

частот предыдущих ступеней преобразования. Уменьшение приведенных вычислительных затрат связано с эффектом децимации, т.е. уменьшением частоты дискретизации и, соответственно, скорости входного потока данных на каждой последующей ступени преобразования и настройки адаптивной системы.

Предложена методика формализации и решения задачи оптимального проектирования на сигнальных процессорах набора полосовых фильтров-дециматоров с разнотипными частотными характеристиками, перекрывающих заданную полосу частот траекторного сигнала.

Математически формализована задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой древовидной структуры набора фильтров-дециматоров с неравнополосными частотными характеристиками. Получены аналитические соотношения, устанавливающие связь между различными структурными параметрами и параметрами частотной избирательности многоступенчатой древовидной структуры набора полосовых фильтров-дециматоров. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора фильтров-дециматоров с заданными свойствами частотной избирательности и коэффициентом перекрытия АЧХ соседних субполосных каналов.

Показано, что для рассматриваемой задачи построения адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала оптимальной является двухступенчатая структура набора фильтров-дециматоров, позволяющая (по отношению к одноступенчатой структуре) уменьшить вычислительные затраты в 2-3 раза, емкость памяти данных в 3-7 раз и емкость памяти коэффициентов в 2-5 раз.

В четвертой главе проводится моделирование и анализ эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала. Формулируются контрольные задачи для принятой модели траекторного сигнала. Описывается разработанное программное обеспечение и типовые модули обработки сигналов на ЦСП семейства АИБР-ТБЮ! TigerSHARC. Приводятся результаты моделирования, иллюстрирующие работоспособность и эффективность предложенных алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала. Представлены оценки вычислительных затрат на реализацию алгоритмов адаптации для режимов секторного и панорамного обзоров.

С целью иллюстрации эффективности рассмотренных выше методов и алгоритмов адаптации цифрового приемника траекторного сигнала было проведено моделирование их работы отдельно для узкополосного (режим секторного обзора) и широкополосного (режим панорамного обзора) сигналов.

Эффект от применения схемы адаптации, введенной в цифровой приемник узкополосного траекторного сигнала, иллюстрирует рис. 4. Здесь показан случай некогерентного накопления выходов согласованной обработки сигнала от кадра к кадру с целью снижения уровня шумов. Показано, что при отсутствии схемы компенсации фазовых искажений некогерентное накопление, повышая отношение сигнал/шум, вместе с тем приводит к размытию РЛИ (рис. 46). Причина этого явления состоит в том, что также как и отдельные реализации шума, сигналы РЛИ в разных периодах наблюдения оказываются слабо коррелиро-

ванны друг с другом, и метод накопления не дает ожидаемых результатов. Применение схемы адаптации «возвращает» полосу сигнала в исходное положение, и корреляция между отдельными наблюдениями повышается. РЛИ на рис.4в отличается высоким отношением сигнал/шум и увеличенной четкостью

...._ .....................................

Щг? 1Ш-

ИКШМЯЯ№

¿11

т шш Шт

ЙЙ

■¡¡■И

ь *

ШММнН

#11

к*

ш:

шшто.

»3;

исходное изображение

накопление без адаптации

в

накопление с адаптацией

Рисунок 4. Иллюстрация алгоритма адаптации цифрового приемника.

Дополнительно отметим, что схема адаптации к полосе траекторного сигнала способна компенсировать уход частот, связанный с квадратичным набегом фазы, увеличивая потенциально достижимый уровень разрешающей способности по азимуту в этом режиме.

Рисунок 5. Иллюстрация формирования РЛИ при различных значениях ухода частот траекторного сигнала в режиме секторного обзора На рис. 5 в верхнем ряду представлены результаты обработки траекторных сигналов с уходами частот на 0, 10, 25 и 45 элементов разрешения, соответственно, когда процедура адаптации не применялась. В нижнем ряду представлены соответствующие радиолокационные изображения, полученные с применением процедуры адаптации. Можно сделать вывод о целесообразности использования предложенных алгоритмов. Эффект от предложенной адаптации особенно ярко проявляется при повторяющихся накоплениях результатов обработки с целью повышения отношения сигнал/шум и борьбы со спекл-шумом.

■ %111 ^111

б

Рисунок 6. Иллюстрация формирования РЛИ в режиме панорамного обзора

Рис. 6 иллюстрирует результат формирования РЛИ (б) в режиме панорамного обзора по принятой модели широкополосного траекторного сигнала, адекватной исходному изображению (а).

Приведены оценки вычислительной эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной фильтрации узкополосного и широкополосного траекторных сигналов, реализуемых на ЦСП А1)ЯР-'Т'Э ] (11 ТщейНАКС. Показано, что для контрольных примеров разработанные алгоритмы и программы позволяют уменьшить вычислительные затраты в 16-20 раз.

Разработано на языке СИ программное обеспечение алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала в режимах секторного и панорамного обзоров, установленное на цифровые модули МОС ЗС001 обработки радиолокационных сигналов в составе БВК самолетов и вертолетов нового поколения.

В приложениях к диссертации содержатся: примеры расчета параметров оптимальных двухступенчатой, трехступенчатой и комбинированной многоступенчатой структур набора фильтров-дециматоров с заданными свойствами частотной избирательности; программы моделирования работы адаптивного цифрового приемника траекторного сигнала в системе МАТЬАВ и на языке СИ для ЦСП семейства А ! Ш TigerSHARC; краткое описание

разработанных модулей обработки сигналов МОС ЗС001, а также акт о внедрении результатов диссертационной работы.

В заключении сформулированы основные научные положения диссертационной работы, которые заключаются в следующем.

1. Показано, что с целью значительного уменьшения вычислительных затрат и памяти данных целесообразно включить в общую структуру цифрового приемника блок предварительной обработки, выполняющей согласование полосы пропускания устройства формирования РЛИ с шириной полосы частот траекторного сигнала и пропорциональное понижение частоты дискретизации на его выходе. Установлено, что блок предварительной обработки траекторного сигнала должен строиться по многоступенчатой структуре набора фильтров-дециматоров, перестраиваемых по центральной частоте и ширине полосы пропускания с использованием алгоритмов адаптации в частотной области. Пред-

ложены два алгоритма адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу (смещению) доплеровских частот траекторного сигнала: на основе набора формирующих фильтров и автофокусировки в частотной области.

2. Математически формализована задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора на основе набора формирующих фильтров, перекрывающих заданную полосу ухода доплеровских частот траекторного сигнала. Получены аналитические соотношения, связывающие друг с другом основные структурные параметры многоступенчатой реализации набора узкополосных формирующих фильтров с последовательным понижением частоты дискретизации на выходе системы.

3. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора формирующих фильтров с заданным коэффициентом перекрытия их АЧХ для ЦСП семейства ADSP TS201 TigerSHARC фирмы Analog Devices. Показано, что для рассматриваемой задачи построения адаптивного цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала оптимальная структура обеспечивает уменьшение общих вычислительных затрат более чем в 10 раз и памяти данных - в 2-4 раза.

4. Дана оценка эффективности предложенных алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки широкополосного траекторного сигнала на основе древовидной структуры набора полосовых фильтров-дециматоров. Показано, что наибольшей гибкостью и точностью настройки обладает структура цифрового приемника, использующая предварительное субполосное разбиение траекторного сигнала.

5. Предложены два способа многоступенчатой адаптации на основе многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала и алгоритмы их реализации с использованием набора перестраиваемых полосовых фильтров-дециматоров, позволяющие уменьшить вычислительные затраты и увеличить точность настройки системы. Первый способ предполагает многоступенчатую оценку смещения полосы частот траекторного сигнала по ее верхней границе, а второй — многоступенчатую адаптацию на основе комбинированной структуры набора фильтров-дециматоров и алгоритмов фильтрации в частотной области.

6. Предложена методика формализации и решения задачи оптимального проектирования на сигнальных процессорах набора полосовых фильтров-дециматоров с неравнополосными частотными характеристиками. Математически формализована задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой древовидной структуры набора фильтров-дециматоров. Получены аналитические соотношения, устанавливающие связь между различными структурными параметрами и параметрами частотной избирательности многоступенчатой формы реализации набора полосовых фильтров-дециматоров.

7. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора фильтров-дециматоров с заданными свойствами частотной избирательности и коэффициентом перекрытия АЧХ соседних субполосных каналов, реализуемых на ЦСП ADSP-TS101 TigerSHARC.

8. Приведены оценки вычислительной эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной фильтрации узкополосного и широкополосного траек-торных сигналов, реализуемых на ЦСП ADSP-TS101 TigerSHARC. Показано, что для контрольных примеров разработанные алгоритмы и программы позволяют уменьшить вычислительные затраты в 16-20 раз.

По результатам проведенных в диссертационной работе исследований можно сделать вывод, что поставленная цель - разработка и исследование методов и алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения, направленных на повышение качества и скорости формирования РЛИ при одновременной минимизации вычислительных затрат и памяти данных, достигнута. В диссертационной работе решена крупная научно-техническая задача, связанная с созданием эффективного программно-алгоритмического обеспечения и технических средств комплекса бортового радиоэлектронного оборудования многофункциональных самолетов и вертолетов нового поколения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Модуль цифровой обработки радиолокационных сигналов МОС 1СООО W Цифровая обработка сигналов, 2004, № 3, с. 47-50.

2. Андреев H.A., Виговский B.C., Красовский Ю.И., Животов A.B. К вопросу о создании цифровых вычислительных систем для перспективных бортовых радиолокационных станций \\ Сб. статей «Авионика 2002-2004», М.: Радиотехника, 2005.

3. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Модуль цифровой обработки радиолокационных сигналов МОС ЗС001 \\ Цифровая обработка сигналов, 2005, № 4, с. 45-48.

4. Андреев H.A., Животов A.B., Зелешок Ю.И. и др. Принципы построения бортового вычислительного комплекса вертолетной PJIC \\ Труды XI-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2005.

5. Першин A.C., Андреев H.A. Вычислительные системы с архитектурой единой коммутируемой вычислительной среды для построения перспективных радиолокационных комплексов \\ Тезисы доклада на XVHI-ой НТК, НИПИ, Жуковский, 2005.

6. Андреев H.A., Зеленюк Ю.И., Колодько Г.Н. и др. Электронная вычислительная машина \\ Патент № 2272317 от 20.03.2006 г.

7. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Устройство цифровой обработки сигналов комбинированного вычислительного комплекса РЛС \\ Труды XII-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2006.

8. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Модуль цифровой обработки радиолокационного сигнала \\ Труды 8-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее приме-HeHHe-DSPA'2006», Москва, 2006, Т.2, с. 481-484.

9. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Программируемый цифровой процессор обработки радиолокационных сигналов \\ Труды XIV-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2008.

10. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Модуль обработки сигналов на основе цифрового сигнального процессора ADSP-TS201 \\ Труды 9-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее npHMeiieimc-DSPA'2007», Москва, 2006, Т.2, с. 471-474.

11. Андреев H.A., Витязев C.B., Якунин С.А. Проектирование структуры цифрового приемника траекторного сигнала для режима панорамного обзора \\ Груды 9-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее npHMcnciuie-DSPA'2007», Москва, 2007, Т.2, с. 476-478.

12. Андреев H.A., Животов A.B., Компаниец Ю.И., Рыбаков В.Ю. Многофункциональный вычислительный комплекс для обработки радиолокационных сигналов \\ Труды

10-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее примененис-05РЛ'2008», Москва, 2008, Т.2, с. 429-431.

13. Витязев В.В., Андреев H.A. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора предварительной обработки траекторного сигнала \\ Труды 10-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-05РА'2008», Москва, Т.2, с.256-258.

14. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Электронная вычислительная машина \\ Патент № 2344472 от 20.01.2009 г.

15. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Устройство цифровой обработки сигналов \\ Патент № 2402807 от 04.05.2009 г.

16. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Алгоритмы адаптации к уходу доплеров-ских частот узкополосного траекторного сигнала \\ Труды 11-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-08РА'2009», Москва, Т.1, с.111-113.

17. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала \\ Труды 12-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-05РА'2010», Москва, Т.1, с.171-174.

18. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Методы и алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, № 1, с.38-44.

19. Андреев H.A. Способы построения структуры адаптивного цифрового приемника траекторного сигнала в режиме панорамного обзора \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, №2, с.42-46.

20. Андреев H.A., Витязев В.В. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, № 2, с.47-52.

21. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Животов A.B., Компаниец Ю.И. Многофункциональный вычислительный комплекс для обработки радиолокационных сигналов \\ Патент №2399088 от 10.09.2010 г.

22. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Многопроцессорное устройство цифровой обработки сигналов \\ Патент № 2399089 от 10.09.2010 г.

Андреев Николай Александрович

АЛГОРТИМЫ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА МНОГОСКОРОСТНОЙ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ТРАЕКТОРНОГО СИГНАЛА

Специальность: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 04 марта 2011 г. Формат бумаги 60x84/16 Бумага офсетная. Печать ризографическая Усл.печл. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 1182 Отпечатано в ООО «Информационные технологии» 3900035, г. Рязань, ул. Островского, д. 21/1

Введение.

1. Алгоритмы обработки и способы построения структуры цифрового приемника траекторного сигнала.

1.1-. Математические модели траекторного сигнала.

1.2. Алгоритм обработки траекторного сигнала в режиме реального времени (РЛ).

1.3. Алгоритм обработки траекторного сигнала в режиме доплеровского обужения луча (ДОЛ).

1.4. Алгоритм обработки траекторного сигнала в режиме фокусированного синтезирования апертуры (ФСА).

1.5. Алгоритм обработки траекторного сигнала в режиме селекции наземных движущихся целей (СНДЦ).

1.6. Способ построения структуры адаптивного цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала в режимах ДОЛ и ФСА с одновременной селекцией НДЦ<.

1.7 Способы построения структуры адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала в режимах ДОЛ и ФСА панорамного обзора.

1.8. Основные результаты. Задачи исследований.

2. Разработка и исследование алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки узкополосного траекторного сигнала

2.1. Разработка алгоритмов адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу доплеровских частот.

2.2. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора предварительной обработки траекторного сигнала.

2.2.1. Введение. Общая постановка задачи.

2.2.2. Постановка и формализация задачи оптимального проектирования адаптивного узкополосного фильтра-дедиматора.

2.2.3. Решение задачи оптимизации структуры и параметров цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала.

2.2.3.1. Оптимальный синтез двухступенчатой структуры

2.2.3.2. Оптимальный синтез трехступенчатой структуры

2.2.3.3. Многоступенчатая реализация набора цифровых фильтров.

2.3. Основные результаты.

Разработка и исследование алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала.

3.1. Разработка алгоритмов адаптации к структуре широкополосного траекторного сигнала.

3.1.1. Общая структура адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала.

3.1.2. Два подхода к построению схем адаптивной обработки широкополосного траекторного сигнала.

3.2. Математическая формализация и решение задачи оптимальной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала.

3.2.1. Общая постановка задачи оптимального проектирования.

3.2.2. Оптимальное проектирование многоступенчатой пирамидальной структуры набора фильтров-дециматоров на сигнальных процессорах.

3.2.2.1. Постановка и методика формализации задачи оптимального проектирования.

3.2.2.2. Формализация и решение задачи оптимального синтеза двухступенчатой структуры набора фильтров-дециматоров.

3.2.2.3. Формализация и решение задачи оптимального синтеза трехступенчатой структуры набора' фильтров-дециматоров.

3.3. Способы и алгоритмы многоступенчатой адаптации на основе многоскоростной обработки траекторного сигнала.

3.3.1. Способ многоступенчатой адаптации по верхней границе полосы частот траекторного сигнала.

3.3.2. Способ многоступенчатой адаптации на основе квазиоптимальной комбинированной структуры набора фильтров-дециматоров и алгоритма фильтрации в частотной области.

3.4. Основные результаты.

4. Моделирование и анализ эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала.

4.1. Моделирование алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки узкополосного траекторного сигнала.

4.1.1. Моделирование работы адаптивного фильтра-дециматора

4.1.2. Контрольная задача и модель траекторного сигнала.

4.1.3. Адаптивный цифровой фильтр-дециматор: основные функции и их реализация.

4.1.4. Формирование РЛИ: основные этапы обработки, результаты моделирования.

4.1.5. Моделирование процесса адаптации.

4.2. Моделирование алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки широкополосного траекторного сигнала.

4.2.1. Моделирование работы адаптивной древовидной структуры фильтрации-децимации траекторного сигнала.

4.2.2. Контрольная задача и модель траекторного сигнала.

4.2.3. Формирование РЛИ: основные этапы обработки, результаты моделирования.

4.2.4. Моделирование процесса адаптации к уходу полосы доплеровских частот широкополосного траекторного сигнала.

4.3. Анализ эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала.

4.3.1. Вычислительные затраты на процедуру адаптивной фильтрации-децимации и выигрыш от использования многоскоростной обработки сигнала.

4.3.2. Эффективность адаптивной фильтрации-децимации в режиме панорамного обзора.

4.4. Основные результаты моделирования и экспериментальных исследований.

Актуальность, работы; Современные бортовые радиотехнические системы, наблюдения; за земной поверхностью, в режиме «воздух-земля», и? окружающей воздушной; обстановки; в; режиме «воздух-поверхность», решают целый комплекс задача радиовидения- путем- обработки. принимаемого- траекторного сигнала и формирования» радиолокационного изображения' (РЛИ) в реальном временИ; Эффективное.решение задач радиовидения стало возможным благодаря оснащению PJIC нового поколения бортовым вычислительным комплексом (БВК) с полностью цифровой обработкой траекторного сигнала. Появление: цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) и модулей обработки сигналов (МОС) на их основе с вычислительной производительностью до нескольких миллиардов операций в секунду позволило от общетеоретических положений перейти: к разработке реального программно-алгоритмического обеспечения работы БВК в различных режимах, формирования и обработки РЛИ.

Значительный вклад в решение задач радиовидения и разработку теории, методов и эффективных алгоритмов обработки траекторного сигнала внесли: отечественные ученые и специалисты, среди которых можно выделить работы: Антипова B.H., Горяинова В.Т., Клочко В.К., Кондратенкова Г.Ф., Лаврова A.A., Орлова M.G., Самарина О.Ф., Фролова А.Ю. Вместе с тем, все более сложные алгоритмы формирования и обработки РЛИ, направленные на повышение разрешающей способности в условиях траекторных нестабильно-стей носителя БВК и возмущающих воздействий, их реализация в реальном времени с достаточно высокой скоростью смены кадров, требуют значительных вычислительных ресурсов, памяти данных и коэффициентов. Поэтому актуальной остается проблема устойчивой работы алгоритмов формирования РЛИ путем саморегулирования и адаптации к изменению параметров траекторного сигнала, а.также минимизации вычислительных затрат на их реализацию.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов и цифровых устройств адаптивной многоскоростной обработки-траекторного сигнала в задачах радиовидения, направленных на повышение разрешающей способности и качества формирования РЛИ при одновременной минимизации вычислительных затрат и памяти данных.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач.

1. Анализ методов и алгоритмов обработки траекторного сигнала в различных режимах картографирования земной поверхности и формирования РЛИ на основе многоскоростной адаптивной фильтрации.

2. Разработка алгоритмов адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу доплеровских частот и фазовым искажениям траекторного сигнала.

3. Разработка и оптимизация структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора блока предварительной обработки траекторного сигнала в режиме секторного обзора.

4. Разработка способов и алгоритмов адаптации набора полосовых фильтров-дециматоров блока предварительной обработки широкополосного траекторного сигнала в режиме панорамного обзора.

5. Разработка и оптимизация структуры адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала.

6. Моделирование и исследование эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки траекторного сигнала и формирования РЛИ в режимах секторного и панорамного обзоров.

7. Разработка аппаратных модулей и программно-алгоритмического обеспечения БВК, ориентированных на эффективное решение задач формирования РЛИ в реальном времени с учетом влияния траекторных нестабильностей и автоматической фокусировки.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались теория и методы цифровой обработки сигналов, включающие в себя: методы частотно-временной селекции и спектрального анализа, многоскоростной и адаптивной фильтрации, оптимального проектирования многопроцессорных систем ЦОС на сигнальных процессорах. Теоретические исследования проводились с применением математического аппарата статистической радиотехники, радиолокации и радиовидения, методов оптимизации и имитационного моделирования.

Научная новизна; В процессе исследований получены следующие новые научные результаты.

1. Разработаны алгоритмы адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу доплеровских частот и фазовым искажениям траекторного сигнала с применением многоскоростной обработки и набора формирующих фильтров с автофокусировкой в частотной области.

2. Предложен метод и проведена оптимизация параметров многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора блока предварительной обработки траекторного сигнала, реализуемого на ЦСП заданного семейства.

3. Разработаны, способы и алгоритмы адаптации к структуре широкополосного траекторного сигнала на основе многоступенчатой многоскоростной обработки и оптимизации параметров цифрового приемника.

4. Предложена методика многокритериальной оптимизации и проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала, реализуемого на ЦСП заданного семейства.

5. Проведены исследование и оценка эффективности новых способов и алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения.

Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием математического аппарата при выводе аналитических выражений, экспериментальной проверкой предложенных способов и алгоритмов обработки траекторного сигнала с использованием имитационного моделирования и созданием опытного образца цифрового приемника.

Практическая> значимость. Предложенные способы и алгоритмы» многоскоростной адаптивной« обработки траекторного сигнала и разработанные цифровые устройства на их основе позволяют:

- обеспечить устойчивую работу цифрового приемника траекторного сигнала при уходе (смещении) доплеровских частот, обусловленном траектор-ными нестабильностями и возмущающими воздействиями;

- многократно (в 10-20 раз для* контрольных примеров) уменьшить вычислительные затраты при одновременном снижении требований к скорости обработки и формирования РЛИ, а также емкости памяти данных и коэффициентов;

- создать семейство цифровых модулей обработки сигналов и программное обеспечение, ориентированное на эффективное решение задач радиовидения в реальном времени.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ФГУП «ГРПЗ» при модернизации серийно выпускаемых БРЛК систем управления вооружением для самолетов и вертолетов нового поколения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Алгоритмы адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу (смещению) доплеровских частот и фазовых искажений траекторного сигнала, отличающиеся многоступенчатой многоскоростной реализацией набора формирующих фильтров с применением автофокусировки в частотной области, которые позволяют уменьшить приведенные вычислительные затраты более чем в 10 раз и памяти данных в 2-4 раза.

2. Способы и алгоритмы адаптации цифрового приемника к структуре широкополосного траекторного сигнала, отличающиеся многоступенчатой многоскоростной реализацией набора перестраиваемых фильт-ров-дециматоров с поэтапной оценкой смещения и трансформации полосы доплеровских частот, которые позволяют уменьшить приведенные вычислительные затраты в 16-20 раз и памяти данных в 3-7 раз.

3. Методы многокритериальной оптимизации параметров многоступенчатой структуры адаптивного цифрового приемника блока предварительной обработки траекторного сигнала, отличающиеся новой постановкой и математической, формализацией задачи оптимального проектирования; которая позволяет минимизировать приведенные вычислительные затраты на. реализацию с учетом всех установленных ограничений'для заданного семейства цифровых сигнальных процессоров.

4. Многопроцессорные устройства цифровой обработки траекторного сигнала, ориентированные на решение задач радиовидения, в. реальном времени.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной1 работы докладывались и обсуждались на: 7-й, 8-й, 9-й, 11-й и 12-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-Б8РА» (г. Москва, ИПУ РАН, 2005 г., 2006 г., 2007 г., 2009 г., 2010 г.); МНТК «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2005 г.); 19-й, 21-й НТК НИИ приборостроения имени В.В. Тихомирова (г. Жуковский, 2005 г., 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, среди которых: 5 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5 патентов, 12 докладов в трудах и тезисах международных и.отраслевых конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 69 наименований, 10-ти приложений. Содержание работы изложено на 179 стр. основного текста, включая 80 иллюстраций , 7 стр. библиографии и 77 стр. приложений.

4.5. Основные результаты моделирования и экспериментальных исследований

1. Разработано программное обеспечение и проведено моделирование алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки узкополосного траектор-ного сигнала в режиме секторного обзора, иллюстрирующее работоспоб-ность и эффективность предложенного способа построения цифрового приемника траекторного сигнала на конкретных примерах.

2. Разработано программное обеспечение и проведено моделирование алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки широкополосного траекторного сигнала в режиме панорамного обзора, иллюстрирующее работос-побность и эффективность предложенного способа построения цифрового приемника траекторного сигнала на конкретных примерах.

3.Представлено краткое описание разработанного программного обеспечения и рекомендации по его эффективному использованию в составе БРЛК.

4. Представлено краткое описание разработанных типовых модулей обработки сигналов МОС ЗС001, реализующих многопроцессорную обработку траекторного сигнала в реальном времени на частотах до нескольких десятков МГц и последующее формирование РЛИ в режимах ДОЛ и ФСА.

5. Приведены оценки вычислительной эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной фильтрации узкополосного и широкополосного тра-екторных сигналов, реализуемых на ЦСП АЕ)8Р-Т8101 Т^егёНАКС. Показано, что для контрольных примеров разработанные алгоритмы и программы позволяют уменьшить вычислительные затраты в 16-20 раз.

168

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы и по ее результатам были сформулированы следующие научные положения и выводы:

1. Показано, что с целью значительного уменьшения вычислительных затрат и памяти данных целесообразно включить в общую структуру цифрового приемника блок предварительной обработки, выполняющий согласование полосы пропускания устройства формирования РЛИ с шириной полосы частот траекторного сигнала и пропорциональное понижение частоты дискретизации на его выходе.

2. Установлено, что блок предварительной обработки траекторного сигнала должен строиться по многоступенчатой структуре набора фильтров-дециматоров, перестраиваемых по центральной частоте и ширине полосы пропускания с использованием алгоритмов адаптации в частотной области.

3. Предложены способы построения структуры адаптивного цифрового приемника узкополосного и широкополосного траекторных сигналов в режимах «ДОЛ» и «ФСА» секторного и панорамного обзоров с применением набора полосовых фильтров-дециматоров.

4. Представлены два алгоритма адаптации узкополосного фильтра-дециматора к уходу (смещению) доплеровских частот траекторного сигнала: на основе набора формирующих фильтров и автофокусировки в частотной области.

5. Показано, что для обеспечения быстрой настройки и надежной работы адаптивной системы предпочтительно использовать набор формирующих узкополосных фильтров, перекрывающих заданный диапазон ухода доплеровских частот траекторного сигнала. При этом точность настройки системы оп

1 ределяется точностью аппроксимации АЧХ формирующих фильтров и числом фильтров с разнесенными центральными частотами, определяющим шаг перестройки по частоте. Авто фокусировка в частотной области может использоваться при дальнейшей обработке на этапе формирования РЛИ.

6. Математически формализована задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры адаптивного узкополосного фильтра-дециматора на основе набора формирующих фильтров, перекрывающих заданную полосу ухода доплеровских частот траекторного сигнала.

7. Получены аналитические соотношения, связывающие друг с другом основные структурные параметры многоступенчатой реализации набора узкополосных формирующих фильтров с последовательным понижением частоты дискретизации на выходе системы.

8. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора формирующих фильтров с заданным коэффициентом перекрытия их АЧХ для ЦПОС семейства ADSP TS201 TigerSHARC фирмы Analog Devices.

9. Показано, что для рассматриваемой задачи построения адаптивного цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала оптимальная структура обеспечивает уменьшение общих вычислительных затрат более чем в 10 раз и памяти данных - в 2-4 раза.

10. Проведено сравнение по вычислительной эффективности и памяти данных квазиоптимальной многоступенчатой реализации набора узкополосных формирующих фильтров на основе последовательного соединения элементарных фильтров-дециматоров, понижающих частоту дискретизации в 2 раза, с оптимальной трехступенчатой структурой. Показано, что использование квазиоптимальной реализации структуры набора формирующих фильтров для решения поставленной задачи может быть в ряде случаев более предпочтительным.

11. Рассмотрены два подхода к построению схем адаптивной обработки широкополосного траекторного сигнала. Дана предварительная оценка эффективности используемых алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки на основе древовидной структуры набора полосовых фильтров-дециматоров. Показано, что наибольшей гибкостью и точностью настройки обладает структура цифрового приемника, использующая предварительное субполосное разбиение широкополосного траекторного сигнала. С целью минимизации общих затрат на ее реализацию требуется математическая формализация и решение задачи оптимального проектирования набора полосовых фильтров-дециматоров, перекрывающих заданную полосу частот траекторного сигнала, с учетом влияния ухода доплеровских частот и автоматической подстройки параметров одновременно всех субполосных каналов.

12. Предложена методика формализации и решения задачи оптимального проектирования на сигнальных процессорах набора полосовых фильтров-дециматоров с разнотипными частотными характеристиками, перекрывающих заданную полосу частот траекторного сигнала.

13. Математически формализована задача оптимального проектирования на сигнальных процессорах многоступенчатой древовидной структуры набора фильтров-дециматоров с неравнополосными частотными характеристиками.

14. Получены аналитические соотношения, устанавливающие связь между различными структурными параметрами и параметрами частотной избирательности многоступенчатой древовидной структуры набора полосовых фильтров-дециматоров.

15. Проведен оптимальный синтез двух- и трехступенчатых структур набора фильтров-дециматоров с заданными свойствами частотной избирательности и коэффициентом перекрытия АЧХ соседних субполосных каналов.

16. Показано, что для рассматриваемой задачи построения адаптивного цифрового приемника широкополосного траекторного сигнала оптимальной является двухступенчатая структура набора фильтров-дециматоров, позволяющая (по отношению к одноступенчатой структуре) уменьшить вычислительные затраты в 2-3 раза, емкость памяти данных в 3-7 раз и емкость памяти коэффициентов в 2-5 раз.

17. Предложена комбинированная структура набора фильтров-дециматоров, отличающаяся совмещением функций разделения субполосных каналов различными группами полосовых фильтров с однотипными частотными характеристиками, что позволяет дополнительно уменьшить общие затраты на их реализацию (в 1,5-2 раза для рассматриваемого примера).

18. Предложены два способа многоступенчатой адаптации на основе многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала и алгоритмы их реализации с использованием набора перестраиваемых полосовых фильтров-дециматоров, позволяющие уменьшить вычислительные затраты, увеличить точность настройки системы и ускорить процесс адаптации. Первый способ предполагает многоступенчатую оценку смещения полосы частот траекторного сигнала по ее верхней границе, а второй — многоступенчатую адаптацию на основе комбинированной структуры набора фильтров-дециматоров и алгоритмов фильтрации в частотной области.

19. Ускорение процесса адаптации обусловлено тем, что настройка фильтров-дециматоров выполняется поэтапно, от ступени к ступени, не дожидаясь окончательного результата обработки на их выходах (т.е. в переходном процессе). Фактически фильтры-дециматоры реализуются как фильтры с растущей памятью. Последнее позволяет последовательно увеличивать точность оценок параметров адаптивной системы для более узкополосных субполосных каналов, используя «грубые» оценки смещения доплеровских частот предыдущих ступеней преобразования. Уменьшение приведенных вычислительных затрат связано с эффектом децимации, т.е. уменьшением частоты дискретизации и, соответственно, скорости входного потока данных на каждой последующей ступени преобразования и настройки адаптивной системы.

20. Разработано программное обеспечение и проведено моделирование алгоритмов многоскоростной адаптивной обработки узкополосного траекторного сигнала в режиме секторного обзора и широкополосного траекторного сигнала в режиме панорамного обзора, иллюстрирующее работоспобность и эффективность предложенного способа построения цифрового приемника траекторного сигнала на конкретных примерах.

21. Приведены оценки вычислительной эффективности алгоритмов многоскоростной адаптивной фильтрации узкополосного и широкополосного траекторных сигналов, реализуемых на ЦСП АОБР-ТБШ ТщегёНАКС. Показано, что для контрольных примеров разработанные алгоритмы и программы позволяют уменьшить вычислительные затраты в 16-20 раз.

По результатам проведенных в диссертационной работе исследований можно сделать вывод, что поставленная цель - разработка и исследование методов и алгоритмов адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения, направленных на повышение качества и скорости формирования РЛИ при одновременной минимизации вычислительных затрат и памяти данных, достигнута. В диссертационной работе решена крупная научно-техническая задача, связанная с созданием эффективного программно-алгоритмического обеспечения и технических средств комплекса бортового радиоэлектронного оборудования многофункциональных самолетов и вертолетов нового поколения.

1. Акимцев В.В. Разрешающая способность по дальности при цифровой обработке сигналов // Радиотехника, 2004, № 1, с. 3-11.

2. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Модуль цифровой обработки радиолокационных сигналов МОС 1С000 \\ Цифровая обработка сигналов, 2004, № з, с. 47-50.

3. Андреев H.A., Марочкин М.В. Рыбаков В.Ю., Модуль цифровой обработки радиолокационных сигналов МОС ЗС0001 \\ Цифровая обработка сигналов, 2005, № 3, с. 45-48.

4. Андреев H.A., Виговский B.C., Красовский Ю.И., Животов A.B. К вопросу о создании цифровых вычислительных систем для перспективных бортовых радиолокационных станций \\ Сб. статей «Авионика 2002-2004», М.: Радиотехника, 2005.

5. Андреев H.A., Животов A.B., Зеленюк Ю.И. и др. Принципы построения бортового вычислительного комплекса вертолетной РЛС \\ Труды Х1-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2005.

6. Андреев H.A., Зеленюк Ю.И., Колодько Г.Н. и др. Электронная вычислительная машина \\ Патент № 2272317 от 20.03.2006 г.

7. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Устройство цифровой обработки сигналов комбинированного вычислительного комплекса РЛС \\ Труды ХП-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2006.

8. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Модуль цифровой обработки радиолокационного сигнала \\ Труды 8-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-08РА'2006», Москва, 2006, Т.2, с. 481484.

9. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Программируемый цифровой процессор обработки радиолокационных сигналов \\ Труды XIV-ой МНТК «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2008.

10. Андреев H.A., Марочкин М.В., Рыбаков В.Ю. Модуль обработки сигналов на основе цифрового сигнального процессора ADSP-TS201 \\ Труды9.й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-DSP А'2007», Москва, 2006, Т.2, с. 471-474.

11. П.Андреев H.A., Витязев C.B., Якунин С.А. Проектирование структуры цифрового приемника траекторного сигнала для режима панорамного обзора \\ Труды 9-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-DSPA'2007», Москва, 2007, Т.2, с. 476-478.

12. Андреев H.A., Животов A.B., Компаниец Ю.И., Рыбаков В.Ю. Многофункциональный вычислительный комплекс для обработки радиолокационных сигналов \\ Труды 10-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-08РА'2008», Москва, 2008, Т.2, с. 429-431.

13. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Электронная вычислительная машина \\ Патент № 2344472 от 20.01.2009 г.

14. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Устройство цифровой обработки сигналов \\ Патент № 2402807 от 04.05.2009 г.

15. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Алгоритмы адаптации к уходу доплеровских частот узкополосного траекторного сигнала \\ Труды 11-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-08РА'2009», Москва, Т.1, с.111-113.

16. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки широкополосного траекторного сигнала \\ Труды 12-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-DSPA'2010», Москва, Т.1, с.171-174.

17. Андреев H.A., Витязев C.B., Витязев В.В. Методы и алгоритмы адаптивной многоскоростной обработки траекторного сигнала в задачах радиовидения \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, № 5 с.38-44.

18. Андреев H.A. Способы построения структуры адаптивного цифрового приемника траекторного сигнала в режиме панорамного обзора \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, № 2, с.42-46.

19. Андреев H.A., Витязев В.В. Оптимальное проектирование на сигнальных процессорах многоступенчатой структуры цифрового приемника узкополосного траекторного сигнала \\ Цифровая обработка сигналов, 2010, № 2, с.47-52.

20. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Животов A.B., Компанией, Ю.И. Многофункциональный вычислительный комплекс для обработки радиолокационных сигналов \\ Патент № 2399088 от 10.09.2010 г.

21. Андреев H.A., Рыбаков В.Ю., Марочкин М.В. Многопроцессорное устройство цифровой обработки сигналов\\ Патент № 2399089 от 10.09.2010 г.

22. Антипов В.Н., Ильчук А.Р., Фролов А.Ю. Радиолокационные системы с синтезированной апертурой в комплексах управления самолетом и его оружием \\ Радиотехника, 2005, № 6.

23. Антипов В.Н., Сусляков Д.Ю. Картографирование и обнаружение наземных движущихся целей \\ Радиотехника, 2005, № 6.

24. Ахметьянов В.Р., Пасмуров А .Я., Пономаренко А.П. Цифровые методы получения изображения с помощью космических радиолокационных станций с синтезированной апертурой // Зарубежная радиоэлектроника, 1985, № 5, с. 24-35.

25. Ахметьянов В.Р., Пасмуров А.Я. Обработка радиолокационных изображений в задачах дистанционного зондирования Земли // Зарубежная радиоэлектроника, 1987, № 1, с. 70-80.

26. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М.: Радиотехника, 2004, 320 с.

27. Белый Ю.И., Таганцев В.А. Радиолокационный прицельный комплекс Н001: модернизация продолжается \\ Радиотехника, 2005, № 2.

28. Белый Ю.И., Синани А.И., Колодько Г.Н., Зеленюк Ю.И. \\ Мир авиони-ки, 2000, № 1-2.

29. Борзов А.Б., Быстров Р.П., Дмитриев В.Г. и др. Научно-технические достижения и проблемы развития техники миллиметрового диапазона радиоволн \\ Успехи современной радиоэлектроники. Зарубежная радиоэлектроника, 2001, № 4.

30. Величкин А.И., Карпов O.A., Таланцев В.В., Толстов Е.Ф. Повышение разрешающей способности авиационной PJIC при наблюдении вперед \\ Радиотехника, 1998, № 12.

31. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь, 1993, 240 с.

32. Витязев В.В. Оптимальное проектирование многоступенчатых структур , цифровых фильтров на сигнальных процессорах \\ Электросвязь, 1992, №4, с. 23-27.

33. Витязев В.В., Зайцев A.A. Оптимальное проектирование многоступенчатых структур фильтров-дециматоров на сигнальных процессорах \\ Цифровая обработка сигналов, 2001, № 2, с.2-9.

34. Витязев В.В., Зайцев A.A. Основы многоскоростной обработки сигналов: Учебное пособие, 4.1. Рязан. гос. радитехн. акад., Рязань, 2005, 124 с.

35. Витязев В.В., Зайцев A.A. Основы многоскоростной обработки сигналов: Учебное пособие, ч.2. Рязан. гос. радитехн. ун-т., Рязань, 2006, 104 с.

36. Витязев В.В., Колодько Т.Н., Витязев C.B. Способы и алгоритмы формирования радиолокационного изображения в режиме доплеровского обу-жения луча \\ Цифровая обработка сигналов, 2006, № 3, с. 31-41.

37. Витязев В.В., Колодько Г.Н. Многоскоростная обработка сигналов в задачах радиовидения \\ Труды 9-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее npHMeHemie-DSPA'2007», г. Москва, ИПУ РАН, март 2007.

38. Витязев В.В., Колодько Г.Н., Воронков Д.В. Формирование радиолокационного изображения в режиме фокусируемого синтезирования апертуры ДНА \\ Цифровая обработка сигналов, 2006, № 4, с. 34-40.

39. Витязев В.В., Колодько Г.Н., Витязев С.В. Селекция наземных движущихся целей на основе многоскоростной адаптивной обработки траектор-ного сигнала \\ Цифровая обработка сигналов, 2007, № 1, с. 41-50.

40. Воронков Д.В., Колодько Г.Н., Витязев В.В. Моделирование и исследование эффективности формирования радиолокационного изображения в режиме ФСА \\ Труды 9-й МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение-Б8РА'2007», г. Москва, ИЛУ РАН, март 2007.

41. Гуськов Ю.Н. Концепция создания бортовой радиолокационной системы с активной ФАР \\ Радиотехника, 2002, № 8.

42. Ермаков A.A., Клочко В.К., Мойбенко В.И. Алгоритмы фильтрации и сегментации радиоизображений // Тезисы докл., 17-я НТК ГП «НИИ приборостроения», Жуковский, 2002, с. 100-108.

43. Зеленюк Ю.И., Колодько Г.Н., Шершнев Е.Д. PJIC для полетов на малых высотах \\ Аэрокосмический курьер, 2004, № 3, с. 54 55.

44. Зеленюк Ю.И., Колодько Г.Н., Клочко В.К., Мойбенко В.И. Концепция режима маловысотного полета бортовых PJIC с электронным сканированием \\ Сб. докладов XVII НТК, г. Жуковский, 2002.

45. Клочко В.К. Пространственно-временная обработка бортовой PJIC при получении трехмерных изображений поверхности \\ Радиотехника, 2004, №6.

46. Клочко В.К., Колодько Г.Н., Мойбенко В.И., Ермаков A.A. Способ наблюдения за поверхностью \\ Патент RU 2249832 С1, МПК G01S 13/02, H01Q21/00 от 02.09.2003. Опубл. БИ № Ю, апрель 2005 г.

47. Клочко В.К., Колодько Г.Н., Мойбенко В.И., Ермаков A.A. Способ наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой \\ Патент RU 2256193 С1, МПК G01S 13/02 от 8.12.2003. Опубл. БИ № 19, июль 2005 г.

48. Клочко B.K. Алгоритмы повышения разрешающей способности станции при наблюдении за поверхностью // Изв. вузов Радиоэлектроника, 2005, т. 48, № 12, с.40-45.

49. Клочко В.К. Математические методы восстановления и обработки изображений в радиотеплоэлектронных системах. РГРТУ, Рязань, 2009, 228 с.

50. Козаев A.A., Колтышев Е.Е., Фролов А.Ю., Янковский В.Т. Алгоритм доплеровского измерения скорости в PJIC с синтезированной апертурой \\ Радиотехника, 2005, № 6.

51. Колодько Г.Н., Шершнев Е.Д., Гераскин В. Бортовые PJIC для полетов на малых и предельно малых высотах \\ Военный парад, 2003, № 3.

52. Колодько Г.Н., Мойбенко В.И., Клочко В.К. Способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете \\ Патент RU 2211459, МПК G01S 13/00, 13/44 от 22.03.2001. Опубл. БИ № 24, август 2003 г.

53. Колодько Г.Н., Мойбенко В.И. PJIC маловысотного полета ММ диапазона с АС ЭУЛ \\ Сб. докладов XVII НТК, г. Жуковский, 2002.

54. Колодько Г.Н. Многоскоростная и адаптивная обработка сигналов в задачах радиовидения \\ Вестник РГРТУ, 2007, № 21, с.

55. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение в передней зоне обзора радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны // Радиотехника, 2004, № 1, с. 47-49.

56. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие \ Под ре. Г.С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. - 368 с.

57. Лавров A.A., Толстов Е.Ф. Радиолокационный мониторинг земной поверхности и океана \\ Радиотехника, 1997, № 1.

58. Матвеев A.M. Построение модели и предобработка изображений подстилающей поверхности для радиолокационных систем с ДОЛ на основе информации, получаемой о поверхности в оптическом диапазоне \\ Радиотехника, 2006, № 3.

59. Марпл.-мл. C.JL Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ., М.: Мир, 1990, 584 с.

60. Мистюков В.Г. Модуль цифровой обработки сигналов XDSP-5MC компании Scan Engineering Telecom \\ Цифровая обработка сигналов, 2004, № 1, с. 49-56.

61. Орлов М.С. Обработка сигнала в самолетных РЛС с синтезированием при переднем обзоре \\ Радиотехника, 1995, № 3.

62. Орлов М.С., Рагозина И.А. Анализ влияния угла места на характеристики РСА при переднебоковом обзоре \\ Радиотехника, 1997, № 8.

63. Орлов М.С. Использование метода синтезирования апертуры антенны в авиационных радиолокационных станциях при переднем обзоре \\ Радиотехника, 2002, № 12.

64. Орлов М.С. Авиационная радиолокационная станция с синтезированной апертурой антенны и передним обзором земной поверхности // Радиотехника, 2003, № 1, с. 29-34.

65. Першин A.C., Андреев H.A. Вычислительные системы с архитектуройединой коммутируемой вычислительной среды для построения перспективных радиолокационных комплексов \\ Тезисы доклада на XVIII-ой НТК, НИПИ, Жуковский, 2005.

66. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны \ В.Н. Антипов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин и др.; Под ред. В.Т. Го-ряинова. М.: Радио и связь, 1988 - 304 с.

67. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. -М.: Радио и связь, 1992.

68. ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»1. На правах рукописи04201157072

69. АНДРЕЕВ Николай Александрович

70. АЛГОРИТМЫ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА МНОГОСКОРОСТНОЙ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ТРАЕКТОРНОГО СИГНАЛА

71. Специальности: 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы иустройства телевидения»1. ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наук