автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование алгоритмов обработки сигналов для повышения эффективной чувствительности метеорной РЛС

•.V Ц А 0 ^ /3

' ХАРЬКОВСКИМ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ имени АКАДЕМИКА М. К. ЯНГЕЛЯ

На правах рукописи

ПОСОШЕНКО ВИТАЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТЕОРНОЙ РЛС

05.12.04 — Радиолокация и радионавигация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков —1992

. Работа выполнена в Харьковском ордена Трудового Красного Знамени институте радиоэлектроники им. академика М. К. Янгеля.

Научный руководитель: — доктор технических наук, профессор 10. И. Волощук.

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук, профессор В. Н. Манжос;

— кандидат технических наук А. А. Ткачук.

Ведущая организация — Астрономическая обсерватория

Киевского государственного университета, г. Киев.

Защита состоится „22" октября 1992 г. в 14 часов на заседании регионального специализированного совета К.068.37.02 при Харьковском ордена Трудового Красного Знамени институте радиоэлектроники имени академика М. К. Янгеля по адресу: 310726, г. Харьков, проспект Ленина, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского института радиоэлектроники.

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

В. М. БЕЗРУК

ГОСУДАРС"

библиотек;-

ОБЩАЯ • ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется необходимостью совершен- ' ствования радиолокационного метода изучения притока ыетеорного. вещества на Землю, оценка которого позволяет уточнить модель распределения и эволюции пылевых частиц.в Солнечной системе.

Б области фундаментальных исследований эта модель позволяет более полно представить развитие Солнечной системы в целом. Б частности, представляет интерес изучение влияния притока мекпланетной материи на развитие ионного и химического состава ионосферы и литосферы Земли. Кроме того, необходимо выяснить природу нестыковки экспериментальных данных, полученных наземными и спутниковыми средствами наблюдения для диапазонов масс метеорных тел г 11 Мсоответствен-

но. Диапазон мае?. Юг 10 г оказался менее изученным

и в нем наблюдается нехарактерный излом в распределении частиц, по масса.!.

В области технических приложений отмеченная модель необходима для выбора орбит космических летательных аппаратов (КЛА), долговременных орбитальных комплексов и сооружений в открытой космосе с точки зрения метеорной безопасности. Больиоэ практическое значение имеют системы метеорной связи и сличэ¡пя скал хранителей эталонов времени, для которых на основе этой модели вырабатываются рекомендаций по прогнозированию метеорного прохождения радиоволн на выбранных трассах и оптимальному размещению автономных станций, собирающих и передающих по метеорному радиоканалу метеорологическую-, экологическую, сейсмическую и другую информацию«

Проблема изучения притока метеорного вече ста на'Земли являлась состазноЗ частью координационного плана научно-

исследовательских работ, в которой на 1986-1990 годы и на период до 2000 года была поставлена задача комплексного исследования отроения и эволюции земной коры, Мирового океана и атмосферы, а такхе космического пространства. В рамках этого плана предусматривалось выполнение международного проекта ГЖШШ, госбюджетной НИР 1.8.1.2.3 (1.8.1.2.10) "Модель распределения метеорного вещества вблизи орбиты Земли" (ГР № 01870011689) и хоздоговорной НИР 87-30.

Цель работы - совершенствование радиометода, как наиболее чувствительного, всепогодного и статистически обеспеченного из наземных средств сбора информации о метеорных явлениях в атмосфере Земли в плане приближения его чувствительности к датчи-ковыы системам КЛА для обеспечения регистрации частиц с массами М 4 10 г , получения оценок притока метеорного вещества на Землю в недостаточно изученном диапазоне масс 10г&М&10 г проверки и уточнения полученных ранее экспериментальных данных.

Таким образом, важной научной задачей является повышение, элективной чувстштельности метеорной РЛЗ путем синтеза алгоритмов совместного обнаружения и оценивания слабых радиометеорных отражений, замаскированных шумами и нешумовыми помехами при малом соотношении сигнал/шум ) и априори неизвестной

огибающей пакетов отракегных радиоимпульсов в условиях кестких ограничений на увеличение излучаемой мощности и длины волны зондирующих' сигналов, КВД п ри ей но-п ере дающих антенн.

Научная новизна состоит в следующем:

I. Синтезирован алгоритм обработки пакетов радиометеорных отракений с учетом особенностей метеорного следа, как радиолокационной цели, на основе которого предложен энергетический подход к задаче совместного обнаружения и оценивания амплитудных значений полезных сигналов с неизвестной комплексной оги-

бавдей, замаскированных как стационарными, так и нестационарными шумами, нешумовыш помехами. Предложены алгоритмы оценивания распределения энергии полезных сигналов на интервале наблюдения и пространственно-временной селекции пакетов радиоотражений.

2. Впервые разработана и реализована программно математическая модель синтезированного устройства обработки принимаемых колебаний, включающая все этапы их прохождения в высокочастотных и низкочастотных трактах радиоприемного устройства, логического анализа и принятия решения. Исследованы качественные показатели синтезированного обнаружителя и их зависимость от различных факторов с использованием чегырехфак торного плана имитационного эксперимента, предложены структурная и функциональная схемы устройства обработки.

3. Рассмотрены различные варианты усложнения предложенных алгоритмов обработки, позволяющие производить обнаружение пакег тов полезных сигналов в шумах при мешающем воздействии интенсивной квазистационарной помехи.

Практическая ценность работы

Разработанный алгоритм обнаружения и оценивания амплитудных значений слабоэнергетичных пакетов ради омет еорных отражений а шумах позволяет в реальном масштабе Бремени проводить исследования интегральной численности частиц о массами М&10 и распределение метеорных тел по массам в длапазоне

10~г£М&10~г с использование« устройства'оценивания, адаптивного к текущему соотношению сигнал/шум.

¿озонная математическая модель процедур обработки позволил« кссл<здояатг, предложенные алгоритмы для различных типов в соотношений полегших сигналов, шумоз и нешумовых помех, с учетом влияния разнообразных сопутствующих факторов.»

Предложенный в саном общем шде энергетический подход к обработке замаскированных шумами и нешуыовши помехами входных колебаний с априорно неизвестной огибающей позволяет применить разработанные алгоритмы для решения задач обнаружения и оценивания в шумах полезных сигналов разнообразной природы, распространяющихся в различных физических средах.

Приведенные в работе таблицы и графики могут быть использованы в качестве справочного материала.-

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Энергетический подход к задачам обнаружения и оценивания сигналов с априорно неизвестной огибающей, замаскированных негауссовскими, нестационарными шумами и интенсивными квази-стационарньши нешуыовыми помехами.

2. Синтезированный алгоритм совместного обнаружения и оценивания слабоэнергехичных пакетов радиометеорных отражений, замаскированных гауссовшш' шумом, оптимальный в смысле максимума отношения правдоподобия.

3. Алгоритм оценивания распределения нешумовой энергии на интервале наблюдения, минимизирующий относительную погрешность и позволяющий строить устройство оценивания амплитудных значений пакетов отраженных сигналов, адаптивное к текущему соотношению сигнал/шум .

4. Алгоритм временного разделения пакетов радиометеорных отражений от нескольких метеорных следов, дальности до которых отличаются на величину, меньшую разрешающей способности РЛС по дальности.

5. Результаты имитационного эксперимента с использованием разработанных аягоритмов-обработки принимаемых колебаний.

Реализация результатов исследований Результаты работы и выработанные рекомендации попользованы в исследованиях Проблемной НИЛ радиотехники Харьковского института радиоэлектроники при выполнении работ по темам: "Модель распределения метеорного вещества вблизи орбиты Земли" (Государственная регистрация $ 01870011689, г.Харьков, ХИРЭ, 1991г.)} хоздоговорная НИР №91-48 "Канопус", институт Астрофзики АН Таджикской ССР, г.Дуианбе; хоздоговорная НИР № 87-30, г.Харьков; госбюджетная НИР № 11131442 "Модель ^определения метеорного вещества в Солнечной системе с учетом гравитационных и негравитационных сил", г.Харьков, ХИРЭ, 1991г.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертащЬнной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей" (г.Туапсе, 1989 г.); на Всесоюзгой конференции "Методы исследования дшжений, физика и динамика малых тел Солнечной' системы" (г.Душанбе, 1969г.); на П Всесоюзной научно-технической конференции "Методы представления й обработки случайных сигналов и полей" (г.Туапсе, 1991г.); на Украинской республиканской школе-семинаре "Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей" (г.Черкассы, 1991г.); на научно-технических конференциях Харьковского института радиоэлектроники (1988г., 1989г., 1990г., 1991г.).

Публикации

Но теме диссертации опубликовано 10 работ, из которых 5 стчтей, ч тезиса докладов, I отчет по НИР.

¡•труктура и объем работы

j-.tr ссертаоионная работа состоит из введения, трех'разделов,

7

заключения, содержание которых изложено на 109 страницах, проиллюстрировано 43 рисунками, 7 таблицами ( 47 с.) и 4 приложений ( 46 с.)» Список литературы включает 149 наименований ( 13 с).

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность изучения притока метеорного вещества на Землю и повышения чувствительности радиометода получения экспериментальных данных, формулируется цель работы, дается перечень результатов и положений работы; выносимых на защиту.

Перьый раздел посвящается анализу теоретических и экспериментальных исследований метеорного явления в верхних слоях атмосферы Земли как радиолокационной цели. Рассмотрены физические процессы, протекающие при образовании и разрушении метеорного следа и рассеянии на нем радиоволн метрового диапазона. При этом особое внимание уделено следам недоуплотненного типа с линейной электронной плотностью 1012 эл см .

На примере одного из самых совершенных раАиометеорных комплексов ЫАРС, созданного в Харьковском институте радиоэлектроники, показано, что возможности повышения чувствительности метеорных РЛС метрового диапазона за счет наращивания энергетического потенциала их радиосистем практически исчерпаны. При этом отмечается, что совершенствование алгоритмов анализа результатов оптимальной обработки одиночного зондирующего (опорного) сигнала без череспериодного накопления энергии радиометеорных отражений, не может ¿существенно повысить эффективную чувствительность метеорной РЛО.

Увеличение длины волны зондирующих колебаний для ослабления рлияиля начального радиуса метеорных образований также

не является бесспорным средством повышения чувствительности РЛС из-за громоздкости и большой стоимости средневолновых приеыно-передающих устройств с требуемыми энергетическими характеристиками, а также - сложности ^елекции полезных сигналов из динамичного комплекса ионосферных отраиений, индустриальных помех, о.

средств радиосвязи, атмосферных разрядов и т.д.

Проанализированы экспериментальные и теоретические амплитудно-временные характеристики (АБХ) пакетов радиометеорных отражений. Из факторов, влияющих на АБХ, выделены наиболее важные: дробление метеорных тел, многокомпонентнооть ионного состава метеорного следа, влияние геомагнитного поля на диффузию метеорной плазмы, резонансные явления при рассеянии радиоволн на метеорных следах, ветровые движения атмосфер^.

На основами анализа рассчитанных амплитудного и фазового спектров экспериментальных АВХ метеорных образований сделано заключение о невозможности синтеза универсального согласованного фильтра для произвольных пакетов радиометеорных отражения.

Сделан вывод о необходимости создания алгоритма обработки входных колебаний, обеспечивающего череспериодное накопление энергии сигналов, составляющих пакет радиоотраяеиий, .в целях повышения чувствительности метеорной РЛС. Причем, этот алгоритм предложено искать в рамках наиболее общих вероятностных подходов, реализующих требуемое накопление в шумах на основе статич-тических различий аддитивной 'смеси полезного сигнала с шумом и чистого иума.

Во втором разделе синтезирован и исследован алгоритм совместного обнаружения и оценивания амплитудных значений АБХ пакетов радиометеорных отражений, замаскированных белым гауясовгм чумом, о такие предложен энергетический подход к задачам обработки пакетов сигналов с априори неизвестной огибающей в но-

гауссовых, нестационарных шумах.

Рассмотрена следующая модель смеси Y(t) полезного сигнала Sit) и шума А/Ш »

Y(t) = №bÜ(t) , S(t)--& ii(t)=i SiXißk

' • л • л '

ft

где Sitih Si-Xilt) t -ый относительно начала

пакета импульсный сигнал в пачке из К импульсов; Si - подлежащий оцениванию произвольный амплитудный множитель t -го импульса; XUt) - известный с точностью до фазы опорный сигнал, соответствующий зондирующему радиоимпульсу

Х1Ш*ке{Ш е

Корреляционная матрица шумов ФСЬ^^Ьь) , составленная для одного элемента дальности по различным периодам зондов, имеет шд;

±(t<,tz) -м-(к,

где <f(Z) - дельта-функция.

Поскольку мгновенные значения шума на выходе приемника независимы в моменты, отстоящие на время, равное периоду зон-дарующих сигналов, матрица ф (tifti) размерности (К*К) - диагональная:

ti) = diag Nu , Ml = 6l;/*F,

где 6и - дисперсия шумовых колебаний в £ -ом периоде зондов; лР - элективная полоса пропускания уэкополосного тракта.

В матричном виде модель аддитивной смеси сигнала с шумом будет иметь вид

На основе этой модели в силу значительной неопределенности в представлении пакетов радиометеорных отраяений требуемый алгоритм их совместного обнаружения и оценивания максимальных значений регистрируемых полезных сигналов на ограниченном интервале наблюдения предложено отыскивать в рамках процедур обработки в соответствии с критерием максимума отношения правдоподобия: Т1

к-е хрШ[1\1)

р Рит) 1 п___

ь-рптг ■ г г7 ,*г . 1 "

К'еХРГг'1] сИгсНА

Г2

МАХ ,

I=

где /сл и Рп - соответственно функционалы многомерной плотности вероятности гауссовских случайных велиадн для аддитивной смеси сигнала с шумом и чистого шума; патрица находится путем решения интегрального

уравнения:

I

■м

Ф(и,и)-±аг,гг)-(Иг « / Ии-Ы ,

2 - единичная диагональная матрица; TZ-T1 - временной интервал, соответствующий одному элементу дальности.

Оценки энергетических параметров _£ получены в

виде

в = от1- г

где ¿ = { ¿¿7 ~ вектор поведенных к шумам

результатов обработки входного колебания т(£) в (фильтре, согласованном с опорным сигналш Х.Ш в каждом ¿-ом периоде зондов на произвольном элементе дальности длительности

тг~п г .

гг.

Т4

О =

%-й

-диагональная матрица элементов

ЦП*

сигнала

Ш..

Л/и '

Т2 Т1

энергия опорного

тг-п.

А

на интервале

Подставив полученные ¿ценки в в выражение для £ получим искомый алгоритм функционирования устройства накопления энергии нешумового сигнала > представляющего собой

пакет радисметеорных отражений с флуктуирующими амплитудами

12

импульсов, оптимальный з смысле критерия максимума отношения правдоподобия:

ле

Цп

гда 2н1

V 2-?1-М

и

Отмечено, что при отсутствии полезного сигнала 8 (Ь) значения математического ожидания и дисперсии

- постоянны. Поэтому синтезированный алгоритм обнаружения оказывается инвариантным к интенсивности помех.

Показано, что случайная велич1на | - в зашей -

мости от наличия или отсутствия полезного сигнала &("Ь) в

имеет либо центральное Рц(^) , либо нецентральное

распределение Аа/с! с степенями свободы и пароме трем нецентральности А.^0 , где Ъ - количество отсчетов значений 2иМ на временном Е11—

тер вале 77-77 .

Известные плотности вероятности Ри,(\) и.

Рщ(р

позволили проанализировать качественные показатели синтезированного обнаружителя для различных значений параметров А , К , а также оценить оптимальное значение интервала наблюдения д7"= /(./"з ( 7з - период зондирующей.последовательности)

для малых соотношений сигнал/шум и определить в соотвзтствии с внбраннкм критерием обнаружения пороговое значв1ше (¿Ь£)цер. , э сравнении о .которым величины Вц£ выкосится решение о наличии нРиуиоюго сигнала ка интервале л Т

и

Усеченные распределения случайной велиадны j с плотностями вероят ности ñ* ( ^ ) и Рнц(\) позволили методами, базирующимися на теории порядковых статистик, разработать алгоритм оценивания распределения -нешумовой энергии сигнала ¿(i) на интервале наблюдения лТ и отыскания максимума этого распреде ления с минимальной дисперсией ошибки. Предложенный алгортм позволил минимизировать относительные ошибки оценивания энергетических параметров lili при малых соотношениях сигнал/шум, что позволило построить алгоритм формирования статистических распределений амплитуд АБХ радиоотракений S(í) для диапазона масс частиц 10'гЧМ ¿ 10'? , адаптивный к текущему соотношению сигнал/шум.

В свою очередь, на основе этого алгоритма разработана процедура.разрешения АБХ пакетов радиометеорных отражений от нескольких метеорных образований, дальности до которых отличаются на величину меньшую, чем разрешающая способность РЛС по дальности в предположении, что энергия радиоотражений от ненасыщенного следа, взяТых в хронологической последовательности, убывает по экспоненциальному закону. Степень перекрытия АБХ naKefOB полезных сигналов не влияет на алгоритм разрешения и сказывается лишь на вероятностях правильного или ошибочного решения.

Полученное выражение для 6-п & синтезированного обнаружителя радиометеорных отражений в шумах позволяет применить различные способы его практической реализации.

В работе выбран путь разделения исходного анализируемого колебания YH) на квадратурные составляющие Ye(t) и

Y;(¿) . По цифровым отсчетам результата их согласованной фильтрации вычисляются оценки текущих значений дисперсий

в квадратурных каналах в окрестности какдой С -ой текущей выборки ¿о[1]с,$ и на интервале наблюдения АТ формируется искомая оценка вида

Я4 *

Л

Такой подход позволил получить оценку (бпС ) без детектирования огибающей узкополосного случайного процесса г при малом соотношении сигнал/шум, формировать фазовреыаннуп характеристику (ФВХ) пакета радиометеорных отражений, оценить текущие значения ЛЛс,5 , ¿¿с,« в квадратурных каналах по нормально распределенным отсчетам 7с,У в то время, как отсчеты полного вектора Ч. о[могут быть распределены по любому из следующих законов: Рэлея, Райса, Бэкмана или Хойта.

Разработанная методика обработки принимаемого колебания тШ в квадратурах позволила предложить более общий энергетический подход к задачам обнаружения и оценивания сигналов с априори неизвестной комплексной огибающей, замаскированных нестационарными, негауссовыми шумами и нешумовыми помехами, основанного на разработанных процедурах нормализации либо квадратурных составлявших

, либо результата

их согласованной фильтрации 2о(~Ь)с, для непрерыв-

ных и для дискретных си г яр лов (или отсчетов непрерывных ао времени сигналов).

Третья глава посвящена математическому моделировании процедур обработки принимаемых колебаний в соответствии с полученным алгоритмом обнаружения пакетов радиометеорных отражений

в шумах, для чего был разработан и проведен имитационный эксперимент для различных моделей пакетов отраженных сигналов S(t) и шумовых колебаний N(t) , оценена потенциальная чувствительность обнаружителя для заданных ого качественных показателей, выявлены некоторые закономерности, не отмеченные при теоретическом анализе, немечены и апробированы пути практической реализации предложенных алгоритмов додетекторной обработки принимаемых сигналов Y(t) в реальном масштабе времени, в рамках существующей элементной базы а стандартных вычислительных устройств.

В качестве основной была использована следующая дискретная модель пакета полезных сигналов:

S[*)=A(K)-COS[nH1(M+mbU)-1(t-(h2+M<M)] ,

где S[n] - отсчеты нешумоЕОго сигнала;

АО<] - аналитическая зависимость дискретной амплитуды от хронологачзского номера (К ) радиоимпульса в печке радиоотражений; К - текущий номер отраженного сигнала в пачке (или номер периода зондов от начала пачки); N - количество элементов в одном периоде зондирующих сигналов; £>Ь - шаг временной дискретизации, выбираемый в соответствия с теоремой отсчетов; /12 , fW - целые числа, характеризующие временное положение импульсных сигналов в пределах одного периода зондов Такие, что (hZ~tll) ^i - длительность зондирующего радиоимпульса 1Гз ; 1(Х) - функция включения; - отсчеты косинусоидального сигнала.

Шумовые колебания N(i) моделировались дискретными от-счетеми N[h] , имеющими корреляционные функции вида:

1С

fti(r)= 62eXP(-oJ#lvl)C0Sui°tr

пли

Rz(r) = ézeXP(-oD*m-(C9Su)°r- jrj^ • SiflcOolvl),

где oJo - центральная круговая промехуточная частота радиоприемного устройства метеорной РЛС;<л)#- параметр корреляционной функции; о - дисперсия моделируемого процесса

Отсчеты Л/[п] представляют собой выборки из полосового гауссового шума, получающегося в результате прохождения широкополосного "квазибелого" шума через антенно-(}идерное устройство и избирательные цепи приемного устройства РЛО. Для получения этих отсчетов использованы "быстрые" рекуррентные алгоритмы, которые позволили провести вычислительный эксперимент по обработке аддитивной смеси Y(t) по четырехфакторному плану, в котором зависимой переменной была вероятность пропуска цели Ргщ при фиксированной вероятности ложной тревоги Рлт. • Получены и проанализированы зависимости Рпр. от постоянной спада ^Л (фактор

F1 ) экспоненциальной огибающей в модели (АВХА(Ю> длительности интервала наблюдения л ' (фактор FZ ), максимального соотношения сигнал/шум ^«лх (фактор FZ ) в пакете полезных сигналов, количества пакетов радиоотражений (фактор F4 ) на интервале л Т .

Б табл.1,...,3 приведены полученные оценки Pip. в зависимости от относительных значений фактора F1 при фиссирован-ной величине РЛшГ = ю-3 для различных значений остальных факторов.

Таблица I

Оценки (пр. в зашсиыости от значений фактора Г1

при Я^-иг3 и Г2 = ГЗ~Т4 = + 10

И -1,0 —•— -0,75 " -0,5 -0,25 0,00 0,25 0,5 0,75 1,0

% .473 Л68 .454 .430 .397 .354 .301 .239 .168

Таблица 2

Оценки Р*р. в зависимости от значений фактора ГУ при Рлт. - ю-3 И =0.0

Н ■1,0 -0,75 -0,5 -0,25 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0

>528 .509 .481 .443 .396 .339 .273 .197 ■ .III

Таблица 3

Оценки Рпр. а зашей и ости от значений фактора F1 при В.Т. »ю-3 И F2=F3^F4--w

F1 -1,0 -0,75 -0,5 -0,25 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0

.613 .580 .538 .486 .426 .354 .274 .184 .084

На основе алгоритмов получения выборок А/[п] гауссовой модели шума реализованы процедуры генерирования дискретных негауссовых кумовых колебаний Ынг[н] (типа полигауссового процесса), а также нестационарных гауссовых процессов в смысле медленных (по сравнению с периодом зондирующих сигналов) вариаций математического ожидания или дисперсии шума. Вычислительные эксперименты подтвердили работоспособность синтезированного алгоритма обнаружения пакетов полезных сигналов в не-

18

гауссовских и нестационарных 'шумах. При этом наблюдался рост дисперсии текущих оценок для различных элементов даль-

ности, что потребовало увеличения порогового значения (Сп-в)^ по сравнению с процедурой обнаружения сигналов в гауссовой шу-мо, и ,как следствие^ увеличение вероятности пропуска цели

До. при неизменной вероятности лсжной тревоги Рл.т. ■ в качестве своеобразной реакции на существенное изменение помеховой обстановки.

Рассмотрены варианты изменений алгоритма работы разработанного устройства обработки входного колебания га) с целью обнаружения полезного сигнала , замаскированного гаус-

совскин шумом , на фоне интенсивной квазистационарной,

аддитивной помехи $п (Ь) типа возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ). Отметим, что задача борьбы с БНЗ в метеорных исследованиях является одной из наиболее ваяных. В проведенном вычислительном эксперименте модифицированный алгоритм обнаружения сохранял свою работоспособность при уровне помехи $п(£)-+28 дБ по отношению к среднеквадратическому значению-шуыа

Результаты теоретического исследования и имитационного моделирования синтезированного обнаружителя позволяют сделать вывод о возможности обнаружения и оценивания пакетов радиометеорных отражений в шумах при соотношении Аман / (Э - О.Э..А. в заданной полосе частот.

Учитывая, что существующие метеорные 'РЛС> использующие простые зондирующие сигналы, обеспечивают аналогичные качественные показатели для Алмх/(з в 3,5...4,5 выигрыш по напряжению составил - 4, а по мощности - 16 раз, или 12 дБ, что позволяет изучать интегральный приток метеорного вещества на Землю для частиц с массами ' М}> Юг

В заключении приведены основные результаты работы, которые состоят в следующем:

1. На основе теоретических исследований проанализированы ненасыщенные метеорные образования в атмосфере Земли, как протяженные, распределенные радиолокационные цели. Показано, что радиометеорные отражения от следов, образованных частицами с массами , замаскированных шумами и нешумовыми помехами, в случае импульсной РЛС представляют собой пакет независимо флуктуирующих сигналов с априори неизвестной комплексной огибающей, для которых, б общем случае, нельзя отыскать обобщенный согласованный^фильтр и требуется статистическое череспери-одное накопление полезной энергии радиоотрахений в шумах на интервале наблюдения.

2. Синтезирован оптимальный в смысле критерия максимума отношения правдоподобия алгоритм совместного обнаружения и оценивания максимальных значений амплитудно-временных характеристик пакетов радиометеорных отражений на фоне гауссового шума.

С использованием методов теории порядковых статистик получен алгоритм оценивания распределения нешумовой энергии,минимизиру-шчдай дисперсию ошибки, что позволило предложить процедуру оце-нивекия, адаптивную к текущему соотношению сигнал/шум. Разработан алгоритм временного разделения пакетов радо оме теорных отражении, дальности до которых отличаются на величину меньшую разрешающей способности РЛО по дальности. Приведенные в работе таблицы и графики могут служить справочным материалом в различных исследованиях.

3. Проведен вычислительный эксперимент по исследованию синтезированного алгоритма обнаружения полезных сигналов в шумах для принятых моделей пакетов радиометеорных отражений, иу-

20

нов и нешумовых помех, включающего все основное процедуры высокочастотной и низкочастотной обработки дискретных отсчетов. При этом, использовался четырехфакторный план эксперимента, по результатам которого получены и проанализированы зависимости качественных показателей от различных факторов.

Глэеным итогом имитационного моделирования и теоретического анализа синтезированного обнаружителя является вывод о воз-ыозности повышения эффективной чувстзиедьности радиометворного комплекса на 12 дБ и перехода к регистрации метеорных образований менее +14 звездной величины, порождаемых частицами с массами МЫО г .

На основе разработанных алгоритмов обработки пакетов радиоотражений от ненасыщенных метеорных следов в гауссовом шуме предложен энергетический подход к задачам обнаружения и оценивания полезных сигналов различной (физической природы с априори неизвестной комплексной огибающей, распространяющихся в различных физических средах на фоне негауссовых, нестационарных шумов и интенсивных нешумовых помех. Работоспособность этого подхода была проверена методом математического моделирования в ходе имитационного эксперимента для различных шумовых колебаний и нешумовых, квазистационарных помех.

5. Разработана структурная и функциональная схемы высокочувствительного приемно-регистрирующего устройства метеорной РЛО, позволяющего в реальном масштабе времени производить экспериментальную оценку интегрального притока метеорных тел с массами МъЮг .

В приложении приведены фоторегистрации пакетов радиометеорных отражений и расчетные значения соответствующих им амплитудного и фазового спектров, качественные показатели синтези-

21

рованного обнаружителя в зависимости от различных факторов, таблицы значений математических ожиданий и среднеквадратичных отклонений порядковых статистик для вариационных рядов различной длительности, составпенных из реализаций случайной величины, имеющей распределение Xmä ■ > структурная и функциональная схемы экспериментальной установки.

Всего по теме диссертации опубликовано 10 научных работ. Список основных из них приведен ниже.

1. Волощук Ю.И., Посошенко В.А. Энергетический подход к проблеме выделения сигналов, отраженных от метеорных следов, из шума // Радиотехника. - Харьков: Изд-во ХГУ, 1989. -Вып. 91. - 0.3-6.

2. Посошенко В.А. Дискретный фильтр энергии узкополосного процесса // Радиотехника. - Харьков: Кзд-во ХГУ, 1989. -Еып. 93. - 0.7-10.

о. Посошенко В.А. Селекция пакетов радиометеорных отражений на основе энергетического подхода // Тез.докл. Всесоюзной конференции "Методы исследования движения, физика и динамика малых тел Солнечной системы. Душанбе. 1969. - С.Ы. Вэлощук Ю.И., Посошенко В.А. Энергетический подход к-проблеме обнаружения и оценивания радиог.етеорных отражений, замаскированных шумаки // Тез.докл. Всесоюзной научно-техн. конф. "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей". - Харьков. - 1989. - 0.138. 5. Волосик Ю.К., Посошенко В.А. Моделирование алгорглыоп обнаружения коротких пакетов радиометеориях о трале ни Гг, замаскированных кумами // Тез.докл. П Всесоюзной научно-техн. конф. "Методы представления и обработки случайных сигналов и полой". Харьков, 1991. - 0.178.

22