автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Метод и алгоритмы обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения

На правах рукописи

(Пи—

Филиппов Роман Николаевич

МЕТОД И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В МОНОИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Тверь 2013

005541923

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент,

профессор кафедры «Электронные вычислительные машины» Тверского государственного технического университета Хабаров Алексей Ростиславович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, заведующий кафедрой «Программное обеспечение» Тверского государственного технического университета Калабин Александр Леонидович

доктор технических наук, профессор, заведующий отделением закрытого акционерного общества «Научно-исследовательский институт «Центрпрограммсистем», г. Тверь Допира Роман Викторович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Всероссийский

научно-исследовательский институт радиотехники» г. Москва

Защита состоится « 20 » декабря 2013 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.262.04 в Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, 22 (Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета по адресу: 170024, г. Тверь, пр. Ленина, 25, зональная научная библиотека (ХТ-101).

Автореферат размещен на сайте ТвГТУ по адресу: http://www.tstu.tver.ru/new яПис^Ык!/

Автореферат разослан «13 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.262.04 д.ф.-м.н., профессор

Дзюба С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современное состояние технического прогресса характеризуется бурным развитием измерительно-информационных систем (ИИС), использующих в качестве носителей измерительной аппаратуры искусственные спутники Земли (ИСЗ). Такие спутниковые ИИС решают задачи навигации, космической геодезии и геофизики, связи, мониторинга, военной разведки и многие другие. Наиболее известными ИИС являются спутниковые навигационные системы (СНС) «GPS/Navstar» (США), «ГЛОНАСС» (Россия) и «GALILEO» (ЕС), единая служба поиска и спасения на базе СНС «Цикада» и «КОСПАС-SARSAT», системы связи и управления воздушным (AEROSAT) и морским (MARSAT, INMARSAT) движением, системы радиоэлектронного наблюдения «Целина» и другие.

Системы мониторинга источников радиоизлучения (ИРИ) предназначены для получения информации о системах радиоизлучения в заданном географическом районе, что позволяет осуществлять контроль работы различных ИРИ на предмет соответствия заявленным характеристикам, а также производить сбор и анализ объективной информации по ИРИ. Большое значение имеет получение достоверной информации об ИРИ, отличающихся различными видами модуляции параметров импульсных сигналов, а также точное определение их местоположения.

Оценка параметров импульсных сигналов с различными видами модуляции, определение местоположения и распознавание ИРИ являются основными задачами для целого класса радиоэлектронных систем, к которому относятся системы мониторинга ИРИ. Исследования этих задач отражены в работах С.А. Вакина, В.Н. Вапника, В.А. Вартанесяна, A.JI. Горелика, Ю.И. Журавлева, Н.Г. Загоруйко, Е.В. Кузина, В.Г. Небабина, А.И. Леонова, Р. Гонсалеса, В.Г. Радзиевского, Д.Р. Родса,

A.A. Сироты, В.А. Скрипкина, Дж. Ту, К. Фу, Э. Ханта, А.Я. Червоненкиса, Я.Д. Ширмана, Л.Н. Шустова и др. Следует отметить вклад в исследование этих задач

B.Г. Радзиевского и A.A. Сироты. В работах этих авторов большое внимание уделяется вопросу использования системного подхода при решении задач синтеза радиоэлектронных систем.

Проблема охвата обширных территорий требует применения систем мониторинга ИРИ, размещенных на геостационарных и высокоэллиптических орбитах ИСЗ. При этом для существенного снижения стоимости космического сегмента и экономии затрат на построение системы спутникового мониторинга ИРИ стремятся использовать минимально возможное количество спутников.

На практике при реализации систем мониторинга ИРИ для решения задачи определения местоположения применяют в основном разностно-дальномерный и моноимпульсный пеленгационный методы. Для разностно-дальномерной системы мониторинга ИРИ требуется запуск в космос не менее 3-х спутников. При реализации моноимпульсной системы мониторинга ИРИ достаточно одного спутника, что значительно уменьшает ее стоимость.

Таким образом, дальнейшее развитие и совершенствование методов и алгоритмов обработки информации в спутниковых моноимпульсных системах мониторинга ИРИ, позволяющих повысить точность определения местоположения и распознавания источников радиоизлучения, является актуальной научной и

практической задачей.

Объектом исследования является процесс обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы решения задач обработки информации для определения местоположения и распознавания ИРИ в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения.

Целью исследования является повышение эффективности функционирования моноимпульсной системы мониторинга источников радиоизлучения за счет обеспечения требуемой точности определения местоположения и распознавания большего количества типов ИРИ путем разработки новых алгоритмических и программных средств обработки параметров импульсных сигналов при амплитудной моноимпульсной пеленгации ИРИ.

Научной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка метода формирования описаний импульсных сигналов и методики расчета весовых коэффициентов их параметров, позволяющей учитывать информативность каждого параметра, а также новых алгоритмов определения местоположения и распознавания при амплитудной моноимпульсной пеленгации ИРИ.

Для достижения цели диссертационной работы и решения научной задачи необходимо решение следующих задач:

- выполнить анализ проблем в области определения местоположения и распознавания ИРИ в системах мониторинга;

- разработать метод формирования описаний импульсных сигналов;

- разработать методику расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, используемых при решении задачи распознавания ИРИ;

- разработать алгоритмическое и программное обеспечение для определения местоположения и распознавания ИРИ в моноимпульсной системе мониторинга;

- разработать имитационную модель моноимпульсной системы мониторинга ИРИ для оценки эффективности предложенных решений.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы системного анализа, имитационного моделирования, теории вероятностей, математической статистики, математического анализа и аналитической геометрии, теории радиолокации, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ на основе набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов;

2. Разработана методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, позволяющая учитывать информативность каждого параметра при решении задачи распознавания ИРИ;

3. Разработан итерационный алгоритм определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, основанный на пошаговом вычислении угла направления на ИРИ в измерительном треугольнике рабочей зоны наблюдения;

4. Разработан алгоритм осреднения реперных направлений для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, позволяющий учитывать нелинейность пеленгационной характеристики диаграммы

направленности антенны на краю рабочей зоны наблюдения;

5. Разработан алгоритм распознавания ИРИ, основанный на использовании набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов, который может быть использован не только в моноимпульсных системах, но и в других пассивных радиолокационных системах, в том числе и разностно-дальномерных.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертации основана на корректном использовании математического аппарата, применении законов и положений теории радиолокации, имитационном моделировании, а также подтверждается экспериментальной проверкой предложенных метода и алгоритмов на реальных данных. Выводы и предложения диссертационного исследования не противоречат известным теоретическим и практическим результатам, сформулированным в трудах отечественных и зарубежных ученых в данной области исследований.

Практическая значимость работы связана с необходимостью осуществлять мониторинг функционирования различных ИРИ и получать необходимую информацию о реальном использовании радиочастотного спектра в различных областях народного хозяйства (наземный, воздушный и морской транспорт, радиоэлектронная промышленность, военно-промышленный комплекс и др.). Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение предназначено для использования в составе моноимпульсной системе мониторинга ИРИ.

На защиту выносятся:

1. Метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ на основе набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов;

2. Методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, используемых при решении задачи распознавания ИРИ;

3. Итерационный алгоритм определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах;

4. Алгоритм осреднения реперных направлений для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах;

5. Алгоритм распознавания ИРИ в пассивных радиолокационных системах.

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации

диссертационной работы в целом, а также отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научном молодежном симпозиуме «Искусственный интеллект: междисциплинарный подход» (г. Тверь, 2008), Всероссийской конференции «Совершенствование системы управления организацией в современных условиях» (г. Пенза, 2004), на международных научно-технических конференциях «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (г. Тверь, 2002), «Современные сложные системы управления» (г. Тверь, 2004), «Региональная система профессионального технического образования» (г. Тверь, 2007), «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, 2007-2012), «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, 2011), «Интеграция науки и образования -производству и экономике» (г. Тверь, 2012), «Современные информационные

технологии в управлении качеством» (г. Пенза, 2013), а также на научных семинарах кафедры ЭВМ ТвГТУ.

Внедрение. Результаты диссертационной работы были внедрены в ЗАО «Межгосударственная акционерная компания — СКАЛА» (г. Москва), ОАО «Научно-производственная организация «Орион» (Московская обл., г. Краснознаменск).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 13 статьях, в том числе две статьи в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Оформлены заявки на получение 2-х свидетельств о регистрации программ для ЭВМ (№2013616410, №2013616451).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 175 страниц основного текста. Список источников содержит 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость диссертационной работы. Поставлена цель, сформулированы основные задачи исследований, обоснована научная новизна. Приведены основные положения, выносимые на защиту. Кратко изложено содержание глав диссертации.

В первой главе выполнен анализ предметной области. Рассмотрены

Рисунок 1 — Структура системы мониторинга ИРИ Система мониторинга ИРИ включает аппаратно-программные средства, размещаемые на борту спутника, оборудование пункта управления и комплекс аппаратно-программных средств, выполняющий задачи разделения сигнально-информационного потока (СИП), измерения и анализа параметров сигналов, обработки информации. Система обработки информации включает алгоритмическое и программное обеспечение первичной и вторичной обработки информации (ПОИ, ВОИ) и распознавания (РАСП), предназначенное для решения основных задач системы мониторинга ИРИ: определения местоположения и распознавания ИРИ.

Проведенный анализ показал, что для определения местоположения ИРИ в спутниковых системах на практике применяют три основных метода: пеленгационный, разностно-дальномерный, доплеровский. Разностно-дальномерный и доплеровский методы не могут быть применены в моноимпульсных системах, т.к. требуют для своей реализации использования нескольких спутников. Моноимпульсные системы, использующие пеленгационный подход, могут быть реализованы амплитудным или фазовым методом. В спутниковых моноимпульсных системах, как правило, используется амплитудный метод, т.к. применение фазового метода приводит к неоднозначности вычисления координат за счет влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны (ДНА).

Анализ методов, используемых для решения задач распознавания ИРИ, показал, что большинство из них используют простые формализованные описания сигналов, основанные либо на выявлении диапазонов изменения параметров, либо на вычислениях нескольких типовых значений этих параметров. Такой подход к описанию распознаваемых сигналов не всегда позволяет выполнять правильное распознавание современных ИРИ, излучающих импульсные сигналы с модулированными параметрами. Поэтому применительно к решению задачи распознавания ИРИ перспективным направлением является применение новых методов формирования формализованных описаний импульсных сигналов, учитывающих структуру их импульсной последовательности.

В заключительной части первой главы выполнена постановка научной задачи исследования.

Во второй главе в рамках структурно-параметрического подхода рассмотрена общая модель функционирования системы мониторинга, которая состоит из модели состояний объектов и модели наблюдений этих объектов. Модель состояний должна содержать достаточно полное описание ИРИ, исходя из имеющегося набора параметров их сигналов. Наиболее адекватным приемом построения модели состояний ИРИ является последовательное выделение нескольких уровней описания объекта:

- набор элементарных структур (импульсов и их комбинаций (пачек)), составляющих сигнал;

- типы ИРИ и режимы их работы;

- носители ИРИ.

Модель наблюдений реализует формализованное описание процесса обработки информации и также должна быть многоуровневой. Вводимые уровни отражают определенные этапы обработки информации. Каждый уровень ставится в соответствие уровню модели состояний. Традиционно рассматривают три уровня наблюдений:

- первичная обработка (формирование описаний сигналов);

- вторичная обработка (определение местоположения);

- третичная обработка (распознавание).

В результате анализа выявлено, что для описания импульсных последовательностей сигналов ИРИ в рассматриваемой моноимпульсной системе мониторинга используется конечный набор параметров (рабочий словарь признаков), часть из которых измеряется системой измерения и анализа сигналов, а

другая часть вычисляется в системе первичной обработки информации на основе измеренных параметров (рис. 1). Измеряемыми параметрами являются: признак наличия фазовой модуляции, признак наличия внутриимпульсной частотной модуляции. длительность импульса г, несущая частота импульса /, внутриимпульсная девиация частоты, амплитуда импульса, время прихода импульса 1прш. К вычисляемым параметрам относятся период повторения импульсов, признаки модуляции длительности и периода повторения, количество импульсов в пачке и др.

При распознавании большинства современных ИРИ необходимо учитывать структуру импульсной последовательности их сигналов. Поэтому предлагается рассматривать ее как совокупность комбинаций импульсов, выделенных с учетом признаков, характеризующих вид модуляции.

Для обеспечения универсальности описания большинства современных импульсных сигналов ИРИ в работе предложено формировать пять структур описания этих сигналов:

1. Последовательность смодулированных импульсов;

2. Модуляция параметра в пачке от импульса к импульсу;

3. Модуляция параметра от пачки к пачке;

4. Внутриимпульсная частотная модуляция;

5. Внутриимпульсная фазокодовая модуляция.

Каждая из этих пяти структур соответствует определенному виду импульсного сигнала и содержит набор параметров из рабочего словаря признаков. В качестве примера (рис. 2) представлено несколько видов сигналов и соответствующая им структура описания.

(При отсутствии модуляции заполняется только 4)

1. Признак модуляции длительности импульсов;

2. Минимальная длительность импульса в пачке;

3. Максимальная длительность импульса в патер;

4. Средняя длительность импульса в пачке;

5. СКО длительности;

(При отсутствии модуляции заполняется только 0)

6. Признак модуляции по периоду повторения импульсов;

7. Минимальное значение периода повторения в пачке;

8. Максимальное значение периода повторения в пачке;

9. Среднее значение периода повторения в пачке;

10. СКО периода повторения; (При отсутствии модуляции заполняется 14)

11. Признак перестройки частоты от импульса к импульсу;

12. Минимальное значение несущей частоты в пачке;

13. Максимальное значение несущей частоты в пачке;

14. Среднее значение частоты в пачке;

15. СКО несущей частоты;

16. Количество импульсов в пачке.

Рисунок 2 - Немодулированный (1), модулированный по длительности (2) и модулированный по периоду (3) сигналы и структура их описания

Дря определения параметров соответствующих структур описания сигналов используется разработанный метод формирования описаний импульсных сигналов. Суть метода состоит в том, что на основе параметров из рабочего словаря признаков, содержащихся в предложенных структурах описания сигналов, выполняется следующая последовательность операций:

1. Выполняется просмотр последовательности сигнала / из импульсов, представленной в виде наборов измеренных параметров {/¡,г„1„т,...}, < = 1,Л'„М„, на предмет наличия пропусков импульсов;

I1 ¡1 $ \ I1 ^ I1 ^ I1 \ I1 »1 ^ \

1 1 г 1 г 1 г 1 [ 1 [ 1 [ ( 1

[ 1 п п П [ 1 п п п [ 1 1 г

Вычисляются следующие параметры:

- для сигнала 1 - 4,9,14;

- для сигнала 2 - 1, 2, 3, 4, 5, 9,14,16

- для сигналаЗ-4.6, 7,8,9, 10, 14,16

2. Если количество пропусков больше заданного максимального значения, то производится выделение наименее искаженного фрагмента сигнала. Иначе используется алгоритм устранения пропусков;

3. Для каждого сигнала определяется структурный признак модуляции Ртд;

4. В соответствии с признаком Риоя производится (или не производится) выделение пачек у = 1.....Н„ач, составляющих сигнал;

5. Вычисляются параметры структуры описания сигнала /' или пачек у. Алгоритм, реализованный на основе этого метода, приведен на рис. 3.

Рисунок 3 - Блок-схема алгоритма формирования описаний сигналов Так как параметры сигналов ИРИ могут характеризоваться различными физическими величинами, то для единообразия их учета при решении задачи распознавания ИРИ предлагается использовать весовые коэффициенты, вычисленные на основе информативности параметров сигналов ИРИ.

Методика расчета весовых коэффициентов включает следующую последовательность действий:

1. Определяется совокупный интервал информативных значений параметра:

п к

Нх = ^ХМгр)1 -^, где Хп/ - длина у-го интервала, в котором значения

,'-1 у-1

параметра X пересекаются; к - общее число пересекающихся интервалов;

2. Задается разрешающая способность Рх =(2 + 6)СХ, где Сх - СКО измерений X.

3. Определяется общее число состояний: Ьх - Нх/Рх;

4. На основе информации, полученной от всех измерений параметра X, вычисляются весовые коэффициенты "кх матрицы Л, используемой при вычислении

п к

меры расстояния в алгоритме распознавания ИРИ: Ях = 1од2 [1 / Рх (^ х„(сру ~ 2 Хщ)] •

Таблица 1 - Результаты расчета весовых коэффициентов

Носитель ИРИ Весовые коэффициенты

К

Воздушный 12,45 8,10 15,03

Наземный 12,14 9,14 16,11

Морской 11,30 9,15 8,42

На основе разработанной методики и информации из базы априорных описаний сигналов ИРИ были рассчитаны весовые коэффициенты для несущей частоты сигнала/ длительности импульсов г и периода их повторения У (табл. 1).

Третья глава посвящена разработке алгоритмического обеспечения обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга ИРИ.

Структура алгоритмов обработки информации представлена на рис. 4.

В работе первичная обработка рассматривается только в части цифровой обработки информации: разделения потока входных сигналов и формирования описаний сигналов ИРИ. Разделение входного импульсного потока на сигналы осуществляется путем выбора импульсов с одинаковыми параметрами: частотой /, длительностью г„ и видом внутриимпульсной модуляции М: |/ - /м | < /0, |г.(-г„_,|<г„0, М,~Мм, где Ф„, г„0 - константы, выбираемые с учетом ошибок измерения частоты и длительности импульсов, а также нестабильности передатчиков ИРИ. Алгоритм формирования описаний сигналов ИРИ реализован на основе соответствующего метода, приведенного во второй главе.

Рисунок 4 - Структура алгоритмов обработки информации ИРИ Вторичная обработка информации включает алгоритмы определения местоположения (вычисления координат) ИРИ и траекторной обработки.

Для решения задачи определения местоположения были разработаны итерационный алгоритм и алгоритм осреднения реперных направлений (АОРН).

В итерационном алгоритме для вычисления координат выполняется следующий ряд действий:

1. Центры лучей ДНА образуют измерительный треугольник ABC в прямоугольной системе координат. Точка А, соответствующая наименьшей амплитуде, является началом координат, прямая ВС перпендикулярна оси Ау и расположена выше оси Ах. Это достигается поворотом и параллельным переносом исходной системы координат. В новой системе координат точки треугольника имеют координаты А=(0,0), B=(x¡,yi), C=(x2,yi)■ Для определенности принимается, что Xj < х2.

2. Необходимо найти точку М с координатами (coscp, simp), удовлетворяющую следующим свойствам:

а) точка М находится внутри треугольника, т.е. а,<хр<а2, где a¡ и а2 - углы между лучом Ах и прямыми А В и АС соответственно;

б) прямая, проходящая через точки пересечения окружностей с центром в точке М и радиусами a = U2/Ut и b = U,/U¡ (¡У,, U2, U, - измеренные значения амплитуды импульсов в каждом луче) и прямых АВ и АС соответственно, параллельна прямой ВС, т.е. выполнено условие равенства ординат соответствующих точек пересечения:

((£, cos <р + sin гр) + yfd^) /(А-,2 +1) = ((к2 cos <р + sin <о) + ^d~2) 1(к\ +1), где

к, =x,/yt, i = 1,2, rf, =(k¡ cos#> + sin<»)2 -(к? +1)(1 -a2),

d2 =(fc2cosp + sinp)2 -(k2 +l)(l-bf.

3. Путем перебора значений угла <р от угла a¡ до угла о.2 с шагом Atp находится угол, для которого выполняется условие п.2(б).

4. С помощью теоремы косинусов находятся координаты точки, удовлетворяющей условиям задачи.

5. Выполняется замена координат, обратная произведенной замене в п.1.

Итерационный алгоритм легко реализуется, обеспечивает высокую точность

вычисления координат в окрестности центра рабочей зоны наблюдения, однако он не учитывает особенности пеленгационной характеристики ДНА. что приводит к снижению точности определения местоположения ИРИ на краю рабочей зоны наблюдения.

1. Вычисляются координаты точки ш,, ,7 ;

2. Для каждой тройки «связанных» импульсов координаты определяются следующим образом:

2.1. Из трех значений амплитуд импульсов в разных лучах выбирается минимальное значение, например, и,;

2.2. Точке на реперном направлении ш,.,, присваиваются координаты ш,,

2.3. Вычисляются координаты точек на других реперных направлениях .. дв_г; ш,,. /¿. ,;

2.4. Координаты ИРИ я/т1, д„„, определяются по формулам:

Ш,,ДЦ|ДЦ д. ,д._, +

"" 3 * 3

3. Результаты измерений координат по каждому импульсу усредняются по совокупности принятых троек импульсов м:

Y.UI,(U„*U„ *и„) £ Д, <И;, +!/„+[/„)

ui,,„, -; л,,.,, --

f1(u„+u,1*u„) ¿(t;, +и„+иа)

Рисунок 5 - Расположение проекций ДНА на поверхности Земли и алгоритм осреднения реперных направлений (АОРН)

Этот недостаток устраняется с помощью алгоритма АОРН. Для определения местоположения применяется метод усреднения координатных точек. Эти точки вычисляются на реперных направлениях по измеренным значениям амплитуды импульсов U,, U2, £/,. В качестве реперных направлений выбраны линии,

соединяющие точку, равноудаленную от осей лучей ДНА на поверхности Земли, с координатами Ш0, Д„. Алгоритм, а также расположение проекций ДНА представлены на рис. 5.

Для учета устранения систематических ошибок вычисления координат вводится дополнительная система координат, в которой расстояние от центра измерительного треугольника до местонахождения ИРИ на ¡-м реперном направлении 5, определяется из соотношения: 5, =г, Кпе11-(и, -£/„)/(£/, +и0), где К„ел -коэффициент, определяющий крутизну пеленгационной характеристики; г, - длина дуги между (Ш0, До) и (Щ, Д).

Значение г, вычисляется по формулам:

= |Д,(Й/, - Я/оУСагД!. А, = ага&[(Д - Д0)/(!п + Ш, /2) - 1п^(я-/4 + Ш0 /2))].

Алгоритм распознавания ИРИ в третичной обработке реализован на основе метрического метода (рис. 6), основанного на вычислении меры сходства. Использование этого метода позволяет получить достаточную эффективность с точки зрения быстродействия, простоты вычислений и обеспечения заданного уровня вероятности распознавания при условии выбора подходящей меры сходства.

Так как значимость признаков импульсных сигналов различна, то в качестве меры близости выбрано взвешенное расстояние Махаланобиса:

й?(/,у) = ^(Х, -Х/)ГЛГС~Т(Х1 -ХГ)А, где Х;. - вектор признаков входного сигнала у, X, - вектор признаков сигнала с номером г в базе априорных описаний сигналов, С - общая внутригрупповая ковариационная матрица, Л - матрица весовых коэффициентов, вычисляемая в соответствии с предложенной методикой их расчета.

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма распознавания Все разработанные алгоритмы реализованы на языке С++. В четвертой главе разработана имитационная модель системы мониторинга ИРИ и выполнены исследования разработанных алгоритмов обработки информации.

Целью создания имитационной модели моноимпульсной системы мониторинга ИРИ являлось создание инструментария для проведения испытаний и исследований алгоритмического и программного обеспечения обработки информации.

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма имитационного моделирования системы мониторинга ИРИ В составе имитационной модели были реализованы следующие компоненты: база данных сигналов ИРИ и их носителей, программа имитации радиоэлектронной обстановки (РЭО), программный комплекс обработки информации, программа анализа ошибок измерения параметров.

При исследовании алгоритмов определения местоположения на модели производилась имитация ИРИ со скоростями движения VI = 0; VI = 70 км/ч; УЗ = 900 км/ч; У4 = 2200 км/ч. Были проведены три серии экспериментов при СКО изменения амплитуды аЛ = 0.1; 1; 5 %.

•Ч 55 0.2 0.19 0.1 «г, =0ЛЧ X- У4 УЗ ет. = 1% \ У4 У4 УЗ \'2 VI •Кл

ол 0.6 0.4 ^- 2.6 ■ 2

20 30 40 80 60 70 80 90 1 У2 VI » ЛЬ* 1 20 30 40 50 60 70 80 90 1 У2 VI 10 Кь 0.5 0 20 30 40 50 60 70 80 90 1

"^о.гв 0.2 0.1 & 0.1 сг„= 0Л% У4 УЗ 0,8 0.6 0.4 <ТЛ =1% У4 УЗ У2 VI 50 N00, ^3,8 2.5 1.5 аА = 5% ¥4 УЗ п У1

\

\

-

0 20 30 4 0 50 60 70 . 00 90 1 У2 VI °ли 0 • 0 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0.8 0 30 30 .0 60 «I ТО во 90 1 'К»

Рисунок 8 — Ошибка вычисления широты ИРИ в центре зоны пеленгации: 1) — итерационный алгоритм, 2) - алгоритм АОРН

Ишгтлцкх фунщ-ния кто ИРИ. ; = 1,. 1

Вычисление Ш. Д 1-го ИРИ по формул им Ш=Ш0+(ЯсвзЛ)/Л Д = Д0 + Ш / 2) - Ь» !*(*/ А + Ш„ / 2))

Блок-схема алгоритма имитационного моделирования приведена на рис. 7.

Нечто__^

ИРИ О

Иеепедумлге «лгсриг»*! первичней, «торетотой и третичной обработки информация

Ошибки вычисления параметров (широты, долготы) оценивались по формуле:

сг = ^^,[хю„(/,)-х11Ы1п(е1.)]2 /(и-1), где х,13м - вычисленное значение параметра в момент

времени (?,), хтит - эталонное (имитируемое) значение в момент времени (?,).

На рис. 8 и 9 приведены оценки ошибок вычисления широты в зависимости от количества обзоров, скорости движения ИРИ и СКО изменения амплитуды. Аналогичные значения получены для ошибок вычисления долготы.

Результаты сравнения с существующими алгоритмами определения местоположения ИРИ (алгоритмом моноимпульсного определения двумерного пеленга и др.) в спутниковых амплитудных моноимпульсных системах показали, что точность вычисления координат у разработанных алгоритмов больше на 3-5% в окрестности центра зоны наблюдения и на 18-25% на краях зоны наблюдения.

V

М 60 к

™ л;,

Рисунок 9 - Ошибка вычисления гиироты при отклонении ИРИ от центра зоны пеленгации на 0,5 град: 1) — итерационный алгоритм, 2) - алгоритм АОРН При исследовании алгоритма распознавания имитировались ИРИ, комплектуемые многофункциональными радиоэлектронными средствами (РЭС) АЫ/АРМ-59, ЛЫ/АРС-бб. АЫ/АРС-68 и Я-21А. Выбор этих РЭС связан с большим количеством режимов их работы, в каждом из которых излучаются импульсные сигналы различного вида. Имитировались 26 немодулированных и модулированных сигналов, соответствующие всем режимам работы этих средств.

Исследование алгоритма распознавания проводилось с учетом ошибок измерения периода повторения и длительности, а также пропусков импульсов. Результаты экспериментов для вероятности Р > 0,95 приведены на рис. 9 и 10.1.

лг.

• alll

0.1 0.2 0.3 0.4 а.

г МКС

Рисунок 9 - Зависимость количества обзоров от ошибки измерения периода повторения импульсов и длительности импульса (при Р> 0.95)

Анализ результатов работы разработанного алгоритма распознавания ИРИ показал, что распознавание всех 26 предъявленных сигналов при требуемой вероятности распознавания Р > 0,95 стало возможно благодаря реализации метода формирования описаний сигналов, позволяющего определять модуляцию параметров сигналов, а также выявлять многократные пропуски импульсов.

Сравнение разработанного алгоритма распознавания с традиционным алгоритмом распознавания показало, что количество распознанных ИРИ больше на 34,62%, с алгоритмом распознавания, основанном на выделении уникальных значений параметров, - на 23,08% (рис. 10.2). 1)

Вероятность пропуска импульса

1 2 3

1 - Разработанныналгорнтм

распознавания

2 - Алгоритм распознавания

с выделением уникальных значений параметров

3 - Традиционный алгоритм

распознавания

Рисунок 10 — 1) Зависимость количества обзоров от вероятности пропуска импульсов (прир> 0.95); 2) Результаты распознавания для различных алгоритмов

В заключении изложены основные выводы и научные и практические результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведенный анализ показал, что для обеспечения требуемой точности определения местоположения в рабочей зоне наблюдения ИРИ в спутниковых моноимпульсных системах необходима разработка новых алгоритмов вычисления координат на основе амплитудного моноимпульсного метода. Анализ подходов к задаче распознавания показал, что при разработке алгоритмов распознавания современных типов ИРИ необходимо учитывать структуру импульсной последовательности их сигналов.

2. Разработан метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ на основе набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов.

3. Разработана методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, позволяющая учитывать информативность каждого параметра при решении задачи распознавания ИРИ.

4. Разработан итерационный алгоритм для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, основанный на пошаговом вычислении угла направления на ИРИ в измерительном треугольнике рабочей зоны наблюдения;

5. Разработан алгоритм осреднения реперных направлений для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, позволяющий учитывать нелинейность пеленгационной характеристики диаграммы направленности антенны на краю рабочей зоны наблюдения;

6. Разработан алгоритм распознавания ИРИ, основанный на использовании набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов. Данный алгоритм может быть использован не только в моноимпульсных

системах, но и в других пассивных радиолокационных системах, в том числе и разностно-дальномерных.

7. Разработана имитационная модель моноимпульсной системы мониторинга ИРИ, которая позволяет проводить исследование алгоритмического и программного обеспечения системы без проведения дорогостоящих натурных испытаний.

8. Результаты моделирования показали, что у разработанных алгоритмов точность определения местоположения больше на 3-5% в окрестности центра зоны наблюдения и на 18-25% на краях зоны наблюдения, а количество распознанных ИРИ больше на 23-34% по сравнению с существующими алгоритмами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Филиппов Р.Н. Оценка информативности параметров распознаваемых объектов методом энтропии / Р.Н. Филиппов, М.В. Волков // Вестник Воронежского государственного технического университета. - Воронеж, 2009. Т.5, №3. С. 105-106.

2. Филиппов Р.Н. Анализ характеристик, определяющих эффективность автоматизированных систем управления и методов их оценки / М.В. Волков, Р.Н. Филиппов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - Воронеж, 2009. Т.5, №3. С. 53-57

Публикации в других изданиях

3. Филиппов Р.Н. Распознавание модулированных импульсных сигналов // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании (КТУДО-2002)». - Тверь, 2002. С. 225-228.

4. Филиппов Р.Н. Определение набора признаков при решении задач построения систем распознавания образов // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование системы управления организацией в современных условиях». - Пенза, 2004. С. 84-86

5. Филиппов Р.Н. Методика оценки информативности параметров сигналов радиоэлектронных средств // Сборник трудов IV Международной конференции «Современные сложные системы управления». - Тверь. 2004. С. 43-46.

6. Филиппов Р.Н. Модель системы распознавания импульсных сигналов // Вестник Тверского государственного технического университета: Научный журнал. Тверь: ТГТУ, 2005. Вып. 6. С. 50-54.

7. Филиппов Р.Н. Модель системы распознавания // Сборник статей XX Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании», Пенза, 2007. С. 66-69.

8. Филиппов Р.Н., Хабаров А.Р. Программа имитации сигаально-целевой обстановки для имитационно-математических моделей оценки эффективности средств радиотехнической разведки // Вестник Тверского государственного технического университета: Научный журнал. Тверь: ТвГТУ, 2012. Вып. 22. С. 110-113.

9. Филиппов Р.Н., Хабаров А.Р. Программа имитации сигнально-целевой обстановки для оценки эффективности радиотехнических средств // Сборник трудов межрегиональной научно-технической конференции "Интеграция науки и образования - производству и экономике". Тверь: ТвГТУ, 2012. т.2. С. 19.

10. Филиппов Р.Н. Программа имитации радиоэлектронной обстановки как средство разработки имитационно-математических моделей для оценки эффективности средств радиотехнической разведки // Сборник статей XXIX Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании». - Пенза, 2012. - С. 92-94.

11. Филиппов Р.Н., Хабаров А.Р. Пеленгационный метод определения местоположения источников радиоизлучения // Сборник статей Международной научно-прикладной конференции «Современные информационные технологии в управлении качеством». —Пенза, 2013. С. 82-84

12. Филиппов Р.Н., Хабаров А.Р. Выбор системы параметров для описания сигналов радиоэлектронных средств // Сборник статей Международной научно-прикладной конференции «Современные информационные технологии в управлении качеством». - Пенза. 2013. С. 79-82

13. Филиппов Р.Н., Хабаров А.Р. Алгоритм распознавания радиоэлектронных средств по описаниям сигналов // Сборник статей Международной научно-прикладной конференции «Современные информационные технологии в управлении качеством». — Пенза, 2013. С. 78-79

Подписано в печать 15.11.2013 г. Отпечатано ООО «Документ центр» 170100, г.Тверь, б-р Радищева, 29, тел.(4822) 32-26-20, 710-321 усл. печ лис. 1,0, Формат 84 х 60, бумага офсетная, печать офсетная, тираж 100 экз.

На правах рукописи

Филиппов Роман Николаевич

Метод и алгоритмы обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения

ч

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Хабаров Алексей Ростиславович

-ч

Тверь 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ_6

1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ_14

1.1 Назначение, задачи и структура системы мониторинга источников радиоизлучения_14

1.1.1 Назначение и задачи систем мониторинга ИРИ_15

1.1.2 Мониторинг ИРИ с использованием ИСЗ_17

1.1.2 Структура моноимпульсной системы мониторинга ИРИ_20

1.1.3 Проблемы обработки информации в современных системах мониторинга ИРИ _24

1.2 Методы и алгоритмы определения местоположения источников радиоизлучения в спутниковых системах мониторинга ИРИ_28

1.2.1 Пеленгационный метод _28

1.2.2 Разностно-дальномерный метод_31

1.2.3 Доплеровский метод_33

1.2.4 Сравнительный анализ методов определения местоположения ИРИ с использованием спутников_34

1.2.5 Принцип и методы моноимпульсной пеленгации_36

1.2.6 Алгоритмы амплитудной моноимпульсной пеленгации_40

1.3 Методы и алгоритмы распознавания источников радиоизлучения в системе мониторинга ИРИ_44

1.3.1 Разновидности алгоритмов распознавания_45

1.3.2 Традиционные подходы к разработке алгоритмов распознавания_46

1.3.3 Анализ алгоритмов распознавания ИРИ_51

1.4 Постановка научной задачи исследования Выводы по главе 1_

55 57

2 ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ ПРОЦЕССА

ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И АНАЛИЗ СИГНАЛОВ ИРИ_59

2.1 Структурно-параметрический подход к проектированию системы обработки информации_59

2.1.1 Модель состояний ИРИ_60

2.1.2 Многоуровневая модель наблюдений_63

2.2 Анализ импульсных сигналов ИРИ_65

2.2.1 Кодирование импульсных сигналов_67

2.2.2 Импульсная модуляция _70

2.3 Метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ_74

2.4 Методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов_80

Выводы по главе 2_84

3 АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ_86

3.1 Алгоритм первичной обработки информации_87

3.2 Алгоритм вторичной обработки информации_96

3.2.1 Итерационный алгоритм определения местоположения ИРИ_97

3.2.2 Алгоритм осреднения реперных направлений_102

3.2.3 Алгоритм траекторной обработки_107

3.3 Алгоритм третичной обработки информации_112

Выводы по главе 3

117

4 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ИРИ _119

4.1 Имитационная модель системы мониторинга ИРИ_120

4.1.1 Цель, задачи и структура имитационной модели системы мониторинга ИРИ_121

4.1.2 Алгоритм имитационного моделирования системы мониторинга ИРИ _124

4.2 Реализация модели системы мониторинга ИРИ_128

4.2.1 Программа имитации радиоэлектронной обстановки_131

4.2.2 Программа первичной обработки информации_ 134

4.2.3 Программа вторичной обработки информации_ 136

4.2.4 Программа распознавания_137

4.2.5 Программа анализа ошибок вычисления параметров_140

4.2.6 Комплекс управления базами данных_142

4.3 Исследование алгоритмов обработки информации_145

4.3.1 Использование имитационной модели для оценки эффективности алгоритмов определения местоположения и распознавания_ 145

4.3.2 Исследование алгоритмов определения местоположения_ 148

4.3.3 Исследование алгоритма распознавания_ 150

Выводы по главе 4_160

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ _161

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ_163

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Введение

Современное состояние технического прогресса характеризуется бурным развитием измерительно-информационных систем (ИИС), использующих в качестве носителей измерительной аппаратуры искусственные спутники Земли (ИСЗ). Такие спутниковые ИИС решают задачи навигации, космической геодезии и геофизики, связи, мониторинга, военной разведки и многие другие. Наиболее известными ИИС являются спутниковые навигационные системы (СНС) «GPS/Navstar» (США), «ГЛОНАСС» (Россия) и «GALILEO» (ЕС), единая служба поиска и спасения на базе СНС «Цикада» и «KOCnAC-SARSAT», системы связи и управления воздушным (AEROSAT) и морским (MARSAT, INMARSAT) движением, системы радиоэлектронного наблюдения «Целина» и другие.

Системы мониторинга источников радиоизлучения (ИРИ) предназначены для получения информации о системах радиоизлучения в заданном географическом районе, что позволяет осуществлять контроль работы различных ИРИ на предмет соответствия заявленным характеристикам, а также производить сбор и анализ объективной информации по ИРИ. Большое значение имеет получение достоверной информации об ИРИ, отличающихся различными видами модуляции параметров импульсных сигналов, а также точное определение их местоположения.

Оценка параметров импульсных сигналов с различными видами модуляции, определение местоположения и распознавание ИРИ являются основными задачами для целого класса радиоэлектронных систем, к которому относятся системы мониторинга ИРИ. Исследования этих задач отражены в работах С.А. Вакина, В.Н. Вапника, В.А. Вартанесяна, A.JI. Горелика, Ю.И. Журавлева, Н.Г. Загоруйко, Е.В. Кузина, В.Г. Небабина, А.И. Леонова, Р. Гонсалеса, В.Г. Радзиевского, Д.Р. Родса, A.A. Сироты, В.А. Скрипкина, Дж. Ту, К. Фу, Э. Ханта, А.Я. Червоненкиса, Я.Д. Ширмана, Л.Н. Шустова и др.

Следует отметить вклад в исследование этих задач В.Г. Радзиевского и A.A. Сироты. В работах этих авторов большое внимание уделяется вопросу использования системного подхода при решении задач синтеза радиоэлектронных систем.

Проблема охвата обширных территорий требует применения систем мониторинга ИРИ, размещенных на геостационарных и высокоэллиптических орбитах ИСЗ. При этом для существенного снижения стоимости космического сегмента и экономии затрат на построение системы спутникового мониторинга ИРИ стремятся использовать минимально возможное количество спутников.

На практике при реализации систем мониторинга ИРИ для решения задачи определения местоположения применяют в основном разностно-дальномерный и моноимпульсный пеленгационный методы. Для разностно-дальномерной системы мониторинга ИРИ требуется запуск в космос не менее 3-х спутников. При реализации моноимпульсной системы мониторинга ИРИ достаточно одного спутника, что значительно уменьшает ее стоимость.

Таким образом, дальнейшее развитие и совершенствование методов и алгоритмов обработки информации в спутниковых моноимпульсных системах мониторинга ИРИ, позволяющих повысить точность определения местоположения и распознавания источников радиоизлучения, является актуальной научной и практической задачей.

Объектом исследования является процесс обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы решения задач обработки информации для определения местоположения и распознавания ИРИ в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлучения.

Целью исследования является повышение эффективности функционирования моноимпульсной системы мониторинга источников радиоизлучения за счет обеспечения требуемой точности определения местоположения и распознавания большего количества типов ИРИ путем разработки новых алгоритмических и программных средств обработки параметров импульсных сигналов при амплитудной моноимпульсной пеленгации ИРИ.

Научной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка метода формирования описаний импульсных сигналов и методики расчета весовых коэффициентов их параметров, позволяющей учитывать информативность каждого параметра, а также новых алгоритмов определения местоположения и распознавания при амплитудной моноимпульсной пеленгации ИРИ.

Для достижения цели диссертационной работы и решения научной задачи необходимо решение следующих задач:

- выполнить анализ проблем в области определения местоположения и распознавания ИРИ в системах мониторинга;

- разработать метод формирования описаний импульсных сигналов;

- разработать методику расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, используемых при решении задачи распознавания ИРИ;

- разработать алгоритмическое и программное обеспечение для определения местоположения и распознавания ИРИ в моноимпульсной системе мониторинга;

- разработать имитационную модель моноимпульсной системы мониторинга ИРИ для оценки эффективности предложенных решений.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы системного анализа, имитационного моделирования, теории вероятностей, математической статистики, математического анализа и анали-

тической геометрии, теории радиолокации, объектно-ориентированного программирования.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников.

В первой главе выполнен анализ предметной области. Рассмотрены задачи мониторинга источников радиоизлучения. Приведена структура моноимпульсной системы мониторинга источников радиоизлучения. Рассмотрены методы и алгоритмы определения источников радиоизлучения в спутниковых системах мониторинга ИРИ. Показано, что при реализации системы мониторинга ИРИ на базе одного спутника для определения местоположения источников радиоизлучения необходимо использовать амплитудный моноимпульсный метод пеленгации. Рассмотрены методы и алгоритмы распознавания импульсных источников радиоизлучения по параметрам их сигналов. Анализ алгоритмов распознавания показал, что они, как правило, используют простые формализованные описания сигналов. Поэтому применение этих алгоритмов не всегда позволяет выполнять правильное распознавание современных ИРИ, излучающих импульсные сигналы с модулированными параметрами.

В заключительной части первой главы выполнена постановка научной задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы функционально-структурной декомпозиции процесса обработки информации. Показано, что при проектировании системы обработки информации, входящей в состав системы мониторинга ИРИ, требуется частичное определение ее структуры. Кроме того, общая модель функционирования этой системы должна состоять из двух взаимосвязанных моделей: модели состояний (МС) объектов и модели наблюдений (МН) этих объектов. Модель состояний содержит достаточно полное описание ИРИ в терминах интересующих параметров и характеристик. Модель наблюдений реализует формализованное описание процесса добывания

и обработки информации об ИРИ. Выполнен анализ импульсных сигналов ИРИ и предложен новый метод формирования описаний этих сигналов. Показано, что для обеспечения универсальности описания большинства импульсных сигналов современных ИРИ достаточно формировать пять структур описания этих сигналов. Предложена методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, позволяющая учитывать информативность каждого параметра при решении задачи распознавания ИРИ.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов обработки информации. Рассмотрены алгоритмы первичной обработки информации, вторичной обработки информации и распознавания ИРИ. Предложены итерационный алгоритм и алгоритм осреднения реперных направлений (АОРН) для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах. Итерационный алгоритм основан на пошаговом вычислении угла направления на ИРИ в измерительном треугольнике рабочей зоны наблюдения. Алгоритм АОРН позволяет учитывать нелинейность пеленгационной характеристики диаграммы направленности антенны на краю рабочей зоны наблюдения. Предложен алгоритм распознавания ИРИ, основанный на использовании набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов.

В четвертой главе выполнено исследование алгоритмов обработки информации. Рассмотрена оценка эффективности обработки информации в системе мониторинга ИРИ. Для проведения исследования алгоритмов обработки информации разработана имитационная модель системы мониторинга ИРИ. Реализованы программа имитации радиоэлектронной обстановки, программный комплекс обработки информации и программа анализа ошибок вычисления параметров. Результаты исследования на имитационной модели показали, что при использовании разработанных алгоритмов обработки информации точность определения местоположения и количество распознанных ИРИ больше по сравнению с существующими алгоритмами.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ на основе набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов;

2. Разработана методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, позволяющая учитывать информативность каждого параметра при решении задачи распознавания ИРИ;

3. Разработан итерационный алгоритм определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, основанный на пошаговом вычислении угла направления на ИРИ в измерительном треугольнике рабочей зоны наблюдения;

4. Разработан алгоритм осреднения реперных направлений для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах, позволяющий учитывать нелинейность пеленгационной характеристики диаграммы направленности антенны на краю рабочей зоны наблюдения;

5. Разработан алгоритм распознавания ИРИ, основанный на использовании набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов, который может быть использован не только в моноимпульсных системах, но и в других пассивных радиолокационных системах, в том числе и разностно-дальномерных.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертации основана на корректном использовании математического аппарата, применении законов и положений теории радиолокации, имитационном моделировании, а также подтверждается экспериментальной проверкой предложенных метода и алгоритмов на реальных данных. Выводы и предложения диссертационного исследования не противоречат известным теоретическим и практическим результатам, сформулированным в трудах отечественных и зарубежных ученых в данной области исследований.

Практическая значимость работы связана с необходимостью осуществлять мониторинг функционирования различных ИРИ и получать необходимую информацию о реальном использовании радиочастотного спектра в различных областях народного хозяйства (наземный, воздушный и морской транспорт, радиоэлектронная промышленность, военно-промышленный комплекс и др.). Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение предназначено для использования в составе моноимпульсной системы мониторинга ИРИ.

На защиту выносятся:

1. Метод формирования описаний импульсных сигналов ИРИ на основе набора признаков, характеризующих структуру импульсной последовательности сигналов;

2. Методика расчета весовых коэффициентов параметров импульсных сигналов, используемых при решении задачи распознавания ИРИ;

3. Итерационный алгоритм определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах;

4. Алгоритм осреднения реперных направлений для определения местоположения ИРИ в амплитудных моноимпульсных системах;

5. Алгоритм распознавания ИРИ в пассивных радиолокационных системах.

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, а также отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научном молодежном симпозиуме «Искусственный интеллект: междисциплинарный подход» (г. Тверь, 2008), Всероссийской конференции «Совершенствование системы управления организацией в современных условиях» (г. Пенза, 2004), на международных научно-технических конференциях «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (г. Тверь, 2002), «Современные сложные системы управления» (г. Тверь, 2004), «Региональная система профессионального

технического образования» (г. Тверь, 2007), «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, 2007-2012), «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, 2011), «Интеграция науки и образования - производству и экономике» (г. Тверь, 2012), «Современные информационные технологии в управлении качеством» (г. Пенза, 2013), а также на научных семинарах кафедры ЭВМ ТвГТУ.

Внедрение. Результаты диссертационной работы были внедрены в ЗАО «Межгосударственная акционерная компания - СКАЛА» (г. Москва), ОАО «Научно-производственная организация «Орион» (Московская обл., г. Крас-нознаменск).

1 Анализ предметной области исследования и постановка �