автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Методы повышения точности измерения расстояния в радиодальномере с частотной модуляцией для промышленных систем ближней радиолокации

На правах рукописи

ЕЗЕРСКИЙ Виктор Витольдович

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ

В РАДИОДАЛЬНОМЕРЕ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ БЛИЖНЕЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Специальность 05 12.14 - «Радиолокация и радионавигация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

МОСКВА - 2006

Работа выполнена на кафедре "Радиоуправления и связи" Рязанской государственной радиотехнической академии

Научный консультант:

- доктор технических наук СОВЛУКОВ Александр Сергеевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор ШАХТАРИН Борис Ильич

- доктор технических наук, профессор СМОЛЬСКИЙ Сергей Михайлович

- доктор технических наук, профессор КОШЕЛЕВ Виталий Иванович

Ведущая организация:

- ОАО КБ "Лира" (г. Москва)

Защита состоится 23 марта 2006 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при Московском энергетическом институте (Техническом университете') до адресу 111250. г. Москва, ул. Красноказарменная д.17. в ауд. А-402

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ)

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250. г. Москва, ул. Красноказарменная л. 14

Автореферат разослан ____ февраля 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 157.05 к т.н., доцент

КУРОЧКИНАТИ

(Ш>6 Я

///Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В развитии радиолокационных систем с непрерывным излучением можно выделить три важнейших периода. Впервые метод радиолокации с непрерывным частотно-модулированным (ЧМ) сигналом был предложен в 20-х годах прошлого столетия. Одним из первых является изобретение американского инженера Дж.О Бентли, получившего патент на «Индицирующую систему для измерения высоты аэроплана» Практические применения этой идеи начались только к концу 1930-х годов, когда начал использоваться ультравысокочастотный диапазон, позволивший получить перестройку частоты на 20 - 30 МГц. Обработка сигнала в приемнике после смесителя осуществлялась в низкочастотной области Именно это явилось фундаментальной причиной широкого применения ЧМ систем ближней радиолокации (СБРЛ) с непрерывным излучением в военной авиации до второй мировой войны, а после того - и в гражданской авиации.

Первый период в нашей стране приходится на начало эры радиолокации в 19321933 гг в основном только в военных целях В это время Ю К Коровин и ряд других исследователей использовали непрерывное излучение радиоволн Значительный теоретический вклад в развитие теории радиоприёма ЧМ сигналов внёс С М Рытов

В конце 50-х годов прошлого века начался второй этап развития радиолокации при непрерывном излучении радиоволн Большинство фундаментальных теоретических работ по ЧМ радиолокации было опубликовано до начала 60-х годов. В этой работе кроме уже упомянутых Коровина Ю.К. и Рытова С.М и принимали участие известные учёные Гоноровский И С., Харкевич А.А , Богомолов А.Ф, Сивере А П., Сайбель А.Г , Винницкий А С и др Следует отметить интересную переводную монографию Мухаммеда Абд Аль-Вахаб Исмаила В эти годы основное применение ЧМ радиолокаторы находили в высо-тометрии Кроме этого ЧМ СБРЛ с непрерывным излучением разрабатывались для применений в морской навигации для торговых судов

Новое применение ближняя радиолокация с непрерывным ЧМ излучением нашла, когда появилась необходимость измерять очень малые расстояния, от долей метра до нескольких метров Первыми примерами военных применений явились, так называемые, дистанционные радиовзрыватели для артиллерийских снарядов и ракет, а также для систем определения движущихся целей. Многие из успехов создания подобных разработок были обеспечены развитием технологической базы в диапазонах сантиметровых и позже - миллиметровых волн и развитием микроэлектроники

Интенсивное развитие различных отраслей промышленности и возникновение систем автоматического управления производственными процессами привели в конце 60-х годов прошлого века к началу третьего этапа, отличающимся широким применением радиолокационных устройств в промышленности для измерения малых и сверх малых расстояний Это различные системы измерения уровня заполнения технологических резервуаров жидкими, вязкими, сыпучими и комковыми материалами, системы точного позиционирования сложного технологического оборудования (портальные краны и пр.), системы определения расстояния до препятствий и скорости на транспорте (автомобильном

осуществлять

железнодорожном и морском) и т.д Причём во м

БИБЛИОТЕКА СП. 09

непрерывное бесконтактное слежение за расстоянием, а часто и скоростью его изменения Для решения таких задач в наилучшей степени подходят радиолокационные системы. В то время радиолокация в основном использовалась только в военных целях Доступная элементная база и состояние "холодной войны" не позволяли создать экономически выгодный прибор с необходимыми точностными характеристиками для промышленных целей Однако возникающие проблемы стимулировали развитие электронных компонентов в СВЧ диапазоне.

Пионерами в применении радиолокаторов в промышленности для измерения малых расстояний были шведская фирма SAAB и голландская Enraf-Nonius, создавшие на их основе приборы для измерения уровня заполнения промышленных резервуаров (уровнемеры) Фирма SAAB в 1975 году поставила на эксплуатацию свой первый уровнемер До середины девяностых годов она произвела более 15000 уровнемеров В 1976 году первый уровнемер создала немецкая фирма Krahne В этом же году получил задание на разработку уровнемера для танкеров Рязанский завод "Теплоприбор" Первые уровнемеры не обладали высокой точностью измерения Их погрешность составляла единицы и даже десятки сантиметров Только в начале девяностых годов была достигнута точность измерения 1 см Точность 2 см имел уровнемер "Луч-2" разработанный и освоенный в серийном производстве под руководством Б.А Атаянца на заводе "Теплоприбор".

Однако точность 1 см во многих случаях недостаточна для решения задач промышленности Для увеличения точности измерения понадобился гораздо более высокий уровень развития СВЧ-техники и применение современных аппаратуры и методов цифровой обработки сигналов. На увеличение точности с 1 см до 1 мм ушло ещё почти 10 лет.

Потребности промышленности в таких приборах огромны Невозможно перечислить все области их применения Колоссальный экономический эффект обеспечивается не только вследствие устранения ручных методов измерения, но и благодаря высокой надёжности, точности, оперативности и простоте внедрения в автоматизированные системы управления производством.

В настоящее время существует множество фирм за рубежом и в России, занимающихся выпуском уровнемеров и постоянно совершенствующих их характеристики Это известные фирмы' германские KROHNE, Endress&Hauser и VEGA, голландская ENRAF, шведская SAAB TANK Control, американская ROSEMOUNT, канадская Milltronics и др В России разработкой подобных приборов занимались ранее' Рязанские заводы "Тепло-прибор" и "Красное Знамя", Каменск-Уральское предприятие "Деталь", ГНПП "Исток" в г Фрязино Московской области и ряд других В настоящее время из них выпуском уровнемеров занимаются только "Деталь" и ГНПП "Исток" Кроме них известны такие предприятия как АОЗТ "Лимако" в г Туле и ООО "Предприятие Контакт-1" в г Рязани Однако, они не могут удовлетворить все потребности промышленности

Развитие выпускаемых приборов в основном находит своё отражение в патентной литературе и периодической печати. Среди многих можно отметить работы российских учёных Кагаленко Б В , Мещерякова В.П , посвящённых исследованию 4M дальномеров

(ЧМД) с двойной частотной модуляцией, ряд статей группы авторов ГНПП "Исток", представляющих промышленно выпускаемый уровнемер миллиметрового диапазона длин волн и коллектив авторов из г. Тулы, использующих цифровой синтез частоты передатчика и миллиметровый диапазон длин волн.

В основном книги по теории ЧМ радиолокаторов были изданы в шестидесятых - семидесятых годах прошлого века Однако в этих работах не отражены современные методы формирования и обработки сигналов, учитывающие революционные изменения в элементной базе В последнее время появился учебник для ВУЗ-ов, написанный Бакулевым П.А. В нём основы частотной радиодальнометрии изложены на современном уровне, но очень лаконично.

Среди современных зарубежных авторов, определяющих направления развития промышленной ближней ЧМ радиолокации, выделяются своей активностью Э. ВгштЫ и К О. Ес^агёввоп.

Последней серьёзной работой можно считать монографию российских авторов Комарова И.В. и Смольского С.М., изданную за рубежом на английском языке Эта интересная работа имеет общетеоретический характер. В ней в основном рассматриваются передающие устройства на основе автодинного принципа работы и теоретические основы систем обработки принятого сигнала Поэтому существует необходимость теоретического осмысления достигнутых результатов и обобщения разрозненных сведений, имеющихся в литературе и полученных автором в процессе работы над новыми приборами

Специфика применения ЧМ дальномеров (ЧМД) в промышленных системах ближней радиолокации заключается в следующем:

• Диапазон измеряемых расстояний составляет величину от десятков сантиметров до 30^-50 метров при требуемой точности измерения от единиц см до 1 мм и даже до долей мм.

• Во многих случаях измерения проводятся в сложных помеховых ситуациях, часто в замкнутых объёмах при наличии различного рода мешающих отражений и переотражений от балок, тросов, лестниц, технологических отверстий или площадок, фланцев выпускных и впускных трубопроводов. Если контролируемые поверхности при измерении уровня имеют невысокое значение диэлектрической постоянной и слабо поглощают радиосигнал, то наблюдается ещё и отражение от дна резервуара.

• Приём сигнала производится на фоне шумов, возникающих в первых каскадах СВЧ узлов, и фазовых шумов передатчика.

• На результат измерения существенно влияет нелинейность модуляционной характеристики (МХ) передатчика

• Измерения необходимо проводить в условиях значительного изменения параметров окружающей среды (температуры, влажности и давления) и среды в рабочей зоне, в условиях повышенной запылённости среды распространения радиоволн, наличия пара и конденсата влаги и отложения пыли на антенне

• Вследствие физического ограничения на диапазон перестройки частоты при ЧМ и периодичности закона модуляции имеется ограниченный объём отсчётов сигнала разностной частоты (СРЧ), причём на очень малой измеряемой дальности для анализа могут быть получены всего несколько периодов СРЧ (3-^4 периода и менее).

• Достижение высокой точности измерения требует применения довольно сложных алгоритмов обработки сигналов. Тем не менее, результат должен быть получен за ограниченное время, соответствующее динамике технологического процесса или темпу восприятия информации человеком.

• Важнейшим фактором, подлежащим учету при разработке алгоритмов, является возможность их практической реализации на доступной элементной базе при выполнении условия экономической эффективности применения приборов.

Таким образом, можно утверждать, что речь идёт о новой области применения частотной радиолокации

Исходя из вышесказанных соображений, в представленной диссертации поставлена и решена крупная научная проблема разработки научно-методических основ повышения точности измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного сигнала в промышленных системах ближней радиолокации, создания реализуемых прецизионных дальномеров, которые можно применять в сложных условиях функционирования, и выяснения предельных возможностей таких систем с учетом влияния мешающих факторов, имеющая важное хозяйственное значение Цели и задачи работы.

Целью работы является создание научно-методических основ для проектирования и разработки прецизионных промышленных ЧМ радиодальномеров малых и сверхмалых расстояний, методов формирования и обработки сигналов, обеспечивающих повышение точности измерения расстояния, внедрения научных результатов в реальные приборы и экспериментальная проверка полученных результатов на серийных образцах дальномеров.

Основные задачи исследования:

1 Разработка моделей сигналов и помех, учитывающих особенности работы ЧМД различного назначения в СБРЛ.

2. Разработка методов оптимизации ЧМД, основанных на принципе адаптации, позволяющих реализовать потенциальные возможности исследуемых систем

3. Оптимизация известных наиболее простых методов сглаживания дискретной ошибки, основанных на обработке СРЧ во временной области

4 Оптимизация методов обработки СРЧ в частотной области с использованием современных достижений спектрального анализа, позволяющих минимизировать погрешность измерения расстояния.

5. Анализ особенностей работы устройств частотной дапьнометрии с нелинейной модуляционной характеристикой генераторов и разработка методов, позволяющих снизить влияние нелинейности или учесть её при расчёте расстояния

6 Разработка и исследование методов и алгоритмов обработки СРЧ при наличии мешающих отражений и оценка обеспечиваемой ими точности измерения расстояния

7 Проверка полученных теоретических результатов методами математического и численного моделирования, а также проведением широких экспериментальных исследований

8 Практическая реализация предложенных алгоритмов и конкретных устройств на современной элементной базе

Методы исследования.

При проведении исследований использовался математический аппарат теории случайных процессов, методы математической статистики, методы функционального анализа и оптимизации, теории динамических систем, математический аппарат аналитических функций, методы математического и численного моделирования, а также методы экспериментального сопоставления теоретических и опытных характеристик

Основные технические решения, которые положены в основу разрабатываемых устройств, исследовались методом имитационного и натурного моделирования с использованием макетных, опытных и серийных образцов частотных радиодальномеров

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Вероятностная модель радиолокационной цели позволяющая выявить характеристики феноменологической модели цели, обеспечивающие условия возникновения всех её частных случаев, выполнить аппроксимацию этих частных случаев бета-распределением и доказать, что закон распределения нормированных энергетических характеристик радиосигнала является обобщением известного распределения Дирихле.

2 Метод формирования и обработки сигналов частотного радиодальномера, обеспечивающий достижение минимальной погрешности измерения на основе анализа параметров сформированного и принятого сигналов для устранения скачков фазы сигнала разностной частоты с помощью оптимизации параметров частотной модуляции и адаптации к изменяющейся обстановке.

3. Эффективный критерий, метод и результаты оптимизации параметров весовых функций произвольной формы для весового метода усреднения разностной частоты и для спектрального метода оценки разностной частоты, позволяющие в беспомеховой ситуации и на фоне шума выполнить адаптивное изменение формы весовой функции и параметров частотной модуляции при изменении расстояния, обеспечивающие снижение методической погрешности измерения от десятков процентов до нескольких порядков.

4. Методы формирования сигналов с линейной ЧМ при нелинейной МХ и учёта ее нелинейности в алгоритме расчёта расстояния, основанные на непрерывном анализе неравномерности периодов СРЧ и её оперативном учёте для формирования компенсирующей добавки к модулирующему напряжению или расчёта расстояния, позволяющие обеспечить высокую точность измерения расстояния.

5. Разработанные алгоритмические и аппаратные методы снижения влияния отраженного сигнала на погрешность измерения расстояния, позволяющие существенно уменьшить погрешности измерения, специфические для частотного радиодальномера и

рекомендация, что при наличии мешающих отражателей достаточно надёжные измерения можно производить с использованием комплексного подхода, предполагающего компенсацию помех, использование параметрических методов высокого разрешения и методов распознавания образов

6 Компьютерная модель устройств обработки сигналов в частотной дальнометрии позволяющая проводить сравнительный анализ возможных вариантов построения ЧМД, выбирать наиболее рациональные методы формирования и обработки сигнала и оценивать достижимую погрешность измерения.

7 Новые технические решения промышленной аппаратуры, реализованные в семействе ЧМ уровнемеров "Барс" и внедряемые в новые приборы, защищенные патентами РФ и обеспечивающие удовлетворение широкого диапазона требований потребителей по точности измерения и условиям реального применения.

Научная новизна полученных результатов.

Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в том, что в ней впервые:

1 Параметры известной феноменологической модели радиосигнала связаны с вероятностными свойствами закона распределения огибающей радиосигнала и выявлены условия возникновения всех частных вариантов этого закона, что позволило выполнить аппроксимацию известного сложного закона распределения огибающей радиосигнала более простым законом распределения, охватывающим все его частные варианты, и для нормированных энергетических параметров сигнала получить неизвестное ранее обобщенное распределение Дирихле.

2 Предложен и обоснован метод оптимизации формирования и обработки сигналов частотного дальномера, обеспечивающий достижение минимальной погрешности измерения на основе анализа вектора параметров сформированного и принятого сигналов и адаптации к изменяющейся обстановке Применение этого метода в конкретных случаях позволило разработать новый метод сглаживания ошибки дискретности на основе "сшивания" фазы СРЧ на границах полупериодов линейной ЧМ, и метод и эффективный критерий оптимизации параметров весовых функций для сглаживания ошибки дискретности на основе весовой оценки разностной частоты

3. Предложен новый метод оптимизации параметров оконных функций и параметров ЧМ при спектральной обработке СРЧ, минимизирующий погрешность измерения расстояния.

4. Разработан метод осуществления линейной ЧМ излучаемого сигнала при нелинейной МХ генератора, новым в котором является формирование корректирующего сигнала по степени неравномерности периодов рабочего СРЧ, и методы учёта нелинейности МХ генератора при расчёте расстояния по результатам измерения положения характерных точек СРЧ внутри периода модуляции.

5 Выявлены источники дополнительной погрешности измерения расстояния, специфичные для ЧМД, разработан метод оценки этой дополнительной погрешности, и предложены технические и алгоритмические решения, позволяющие снизить погрешность.

6 Разработана эффективная методика обработки сигнала при наличии мешающих отражателей, позволяющая уменьшить погрешность измерения и заключающаяся в компенсации мешающих сигналов, использовании параметрических методов высокого спектрального разрешения и методов распознавания образов.

7. Разработана компьютерная модель ЧМД, учитывающая специфику методов формирования и обработки сигналов и наличие мешающих факторов, позволяющая объективно проверять полученные результаты при проведении теоретических исследований и существенно упростить процедуру выбора параметров при проектировании конкретного дальномера.

8. На основе полученных теоретических результатов разработаны, доведены до серийного производства и сертифицированы конкретные реализации дальномеров различного класса точности, поставляемые промышленным предприятиям России и за рубеж, что свидетельствует о внутреннем единстве научных и практических результатов Ряд конкретных образцов приборов отмечен дипломами международных промышленных выставок.

Все технические решения, являющиеся итогом полученных в диссертации научных результатов, защищены патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Полученные результаты развивают теорию частотной радиодальнометрии в промышленных системах ближней радиолокации и могут непосредственно применяться при проектировании новых частотных радиодальномеров различного функционального назначения.

Реализация научных результатов и практических рекомендаций позволяет увеличить точность измерения расстояния, уменьшить влияние различных возмущающих факторов и повысить стабильность работы частотных радиодальномеров

Полученные результаты внедрены'

• в учебный процесс рязанской государственной радиотехнической академии в виде отдельных разделов курса "Цифровая обработка сигналов" и учебного пособия "Цифровая обработка сигналов частотного дальномера" для курсового проектирования по указанному курсу;

• на рязанском приборостроительном предприятии ООО "Контакт-1" при разработке под руководством соискателя трёх поколений уровнемеров, обеспечивающих погрешность измерения 5 см (Барс 322), 5 мм (Барс 331/332) и 1 мм (Барс 352). На каждый прибор разработаны ТУ и комплект конструкторской документации в соответствии с ЕСКД На приборы получены сертификаты соответствия в НАНИО "Центр по сертификации взрывозащищённого и рудничного оборудования" и разрешения на применение на поднадзорных Госгортехнадзо-ру России производствах и объектах

Все приборы востребованы промышленностью К настоящему времени на предприятиях России и за рубежом работают более 600 уровнемеров Барс 322 и более 50 уровнемеров Барс 331/332. Уровнемер Барс 352 подготовлен к серийному выпуску и проходит промышленные испытания.

Вклад автора в разработку проблем.

Все основные научные положения, выводы и рекомендации предложены соискателем В большинстве результатов публикаций, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит решающая роль, в остальных вклад соискателя эквивалентен вкладу других соавторов

Программные средства, использованные при анализе научных результатов и моделировании алгоритмов обработки сигналов, разработаны непосредственно автором или под его руководством.

Технические решения, вытекающие из теоретических результатов, разработаны при непосредственном участии автора и под его руководством.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• XI Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Казань, 1975);

• Всесоюзной конференции "Методы и аппаратура для измерения сдвига фаз и частоты сигналов" (Красноярск, 1979);

• республиканской НТК "Моделирование в задачах радиолокации и интроскопии неоднородных сред" (Свердловск, 1983);

• Всесоюзной НТК "Дистанционное зондирование земных покровов радио методами" (Москва, 1985);

• Всесоюзной НТК "Радиоэлектроника и связь на службе качества" (Свердловск, 1988);

• Международной конференции Международной академии информатизации "Технологии и системы сбора, обработки и представления информации" (Рязань, 1993);

• XIII научно-технического семинара "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Рязань, 1994);

• VI, VII, XIII Международной НТК "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Гурзуф,1994, 1995, 2001);

• Всероссийской НТК "Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники" (Рязань, 1996);

• Vl-й, Vlll-й Международной НТК "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2000, 2002);

• 111-й, V-й, Vl-й, Vll-й Международной НТК "Цифровая обработка сигналов и ее применение" (Москва, 2000, 2003, 2004, 2005);

• Международной конференции "Датчики и системы" (Санкт-Петербург, 2002),

• 12-й Международной конференции "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 2002);

• 1-ми 2-м Международном радиоэлектронном Форуме "Прикладная Радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития" (Харьков, 2002, 2005);

• Международной НТК "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Москва, 2003);

• II, 111 международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" (Самара, 2003; Волгоград, 2004 );

• Всероссийской научной конференции "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром, 2003)

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 88 работах, среди которых 23 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК, три статьи в зарубежных журналах, одна депонированная рукопись, 10 статей в различных региональных научно-технических сборниках статей, 34 текстов докладов и тезисов докладов, 16 патентов и авторских свидетельств на изобретения и одно учебное пособие

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, библиографии из 250 наименований и 16 приложений. Содержание работы изложено на 279 страницах основного текста, дополненных 134 иллюстрациями на 69 страницах, 24 страницами библиографии и 77 страницами приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведён краткий исторический обзор основных этапов развития частотных дальномеров для ближней радиолокации с указанием наиболее значимых достижений и их авторов, обоснована актуальность данной работы, поясняются научно-техническая проблема, цель и задачи проведения исследований, перечислены основные научные положения, выносимые автором на защиту, подчеркнута их научная новизна и отмечен вклад автора в разработку проблем.

В первой главе коротко изложены основные сведения из общей теории частотной радиодальнометрии, необходимые для использования в последующих главах, обозначены источники погрешности измерения расстояния, отмечена важность проблемы сглаживания ошибки дискретности (ОД) и проведён анализ современных методов сглаживания ошибки дискретности (МСОД):

• основанных на весовом методе оценки разностной частоты;

• предлагающих дополнительную медленную фазовую модуляцию частотно-модулированного сигнала;

• использующих линию задержки в качестве опорного, эталонного канала;

• применяющих калибровочный режим работы для измерения и компенсации нелинейности модуляционной характеристики передатчика на основе так называемого режима ступенчатой ЧМ непрерывного сигнала (зарубежная аббревиатура - FSCW);

• оценивающих среднюю частоту сигналов во временной области с помощью дробного дифференцирования;

• использующих цифровой синтез частоты передатчика в режиме FSCW;

• рассматривающих особенности работы частотных дальномеров в условиях наличия мешающих отражений на основе различных вариаций метода максимума правдоподобия или методов высокого разрешения (например, метод MUSIC).

Отмечены особенности МСОД и ограничения на применение Для дальнейшего исследования выбраны три метода, позволяющие говорить о трёх группах дальномеров с

разным уровнем точности измерения расстояния (малой, средней и высокой) и, соответственно, разной сложностью обработки, позволяющие продемонстрировать единый подход к минимизации погрешности измерения расстояния. Это два метода обработки СРЧ во временной области и метод обработки СРЧ в частотной области на основе дискретного преобразования Фурье, обладающий потенциально предельными возможностями. Первый из выбранных методов обработки СРЧ во временной области традиционно используется в частотной радиодальнометрии и заключается в подсчёте числа нулей СРЧ. Второй метод основан на измерении разностной частоты путём весового усреднения числа нулей.

Сформулирована задача адаптивной оптимизации процедур формирования и обработки СРЧ по минимуму погрешности измерения расстояния

ar(m,G)=> min , (1)

где G = {g,,g2,. ,g„}; - вектор параметров метода обработки СРЧ; М = |ц,,ц,, f - вектор параметров модулирующего воздействия.

Для получения наилучшего решения задачи оценки расстояния необходимо задать некоторые требования к зондирующему и принимаемому сигналам, диктуемые выбранным МСОД. Целесообразно записать их в виде вектора требуемых параметров зондирующего сигнала Z = {z,,z2>. ,z„} и вектора требуемых параметров СРЧ S = {s^sj,...^}, где п и m - размерности соответствующих векторов. В процессе работы дальномера необходимо непрерывно или периодически контролировать указанные параметры, получая их оценки Z = {z,,z2,.. ,?„} и S = {s,,s2, ,sm} Далее необходимо вычислить некоторую меру отличия р требуемых векторов от желаемых и управлять вектором параметров модулирующего воздействия. В качестве основы для построения меры отличия можно использовать Эвклидову метрику:

р2=ар^+(1-о)р^, (2)

, П - П, .2 2 т 2 т / \2

где:р2 = Xpz, = £(z,-z,j ; ps =Xpsi =£(s,-sj ; а - некоторый параметр, позволяющий

i-i 1=1 i-i i~i

варьировать вес зондирующего сигнала и СРЧ.

Процесс оптимизации должен проводиться с учётом определённых ограничений Например, на значения модулирующего напряжения имод; диапазона ДР перестройки частоты зондирующего сигнала; значений несущей частоты f0; периода модуляции Тмол; интервала обработки Т^.

В последующих главах работы производится последовательное использование адаптивной оптимизации процедур формирования и обработки сигналов применительно к выбранным для исследования МСОД.

Во второй главе разработана модель сигнала и помех С этой целью проанализированы известные методы описания свойств радиолокационных отражателей и обоснован выбор феноменологической модели (ФМ) в виде совокупности независимых, близких по своей природе, равноценных отражателей, распределённых по дальности

Предложено в качестве закона распределения фаз элементарных волн использовать бета-распределение, что позволило впервые выявить условия возникновения всех частных вариантов исходной ФМ. В частности, для получения распределения Хойта и р-вектора достаточно, чтобы закон распределения фаз элементарных отражателей был неравномерен, симметричен относительно моды (р = я, где р и ц - параметры формы бета-распределения ), но несимметричен относительно нуля и выполнялось условие

(Дь/2) = 0.

;Ь2 -Ь,;

(3)

Ь, и Ь2 - границы области существо-

где .Г (*) - функция Бесселя порядка я; Дь вания фаз

При этом для получения закона Хойта необходимо обеспечить

(Ь,+Ь2)=пл, п = 1,2..........(4)

а для р-вектора

(ь, + Ь2 )=тс/2 + гот, п = 1,2..........(5)

Обобщённые закон Хойта и р-вектор возникают соответственно при выполнении (4) или (5) и не выполнении (3).

Для симметричного относительно нуля закона распределения фаз элементарных отражателей (Ь2 =-Ь, = Ь) может быть получен только обобщённый закон Хойта, закон Хойта при ^05(ь)=0, и закон Райса при 1рЧ)5(2Ь)=0.

Равномерный закон распределения фаз элементарных отражателей (р = ц = 1) приводит к закону Релея при симметричных относительно нуля границах области существования фаз и закону Райса при несимметричных границах

Показано, что использование в качестве закона распределения фаз элементарных волн закона распределения Тихонова имеет менее общий характер, так как позволяет получить распределения Хойта и р -вектора только при наличии в ФМ стабильного отражателя со строго определёнными параметрами.

Выполнена аппроксимация сложного закона распределения огибающей радиосигнала, порождаемого указанной моделью. С помощью метода моментов на плоскости Пирсона доказано (рисунок 1), что для всех вариантов исходной ФМ в качестве аппроксимирующего подходит бета-распределение Получены формулы для параметров аппроксимирующего распределения, произведена оценка точности аппроксимации и показано, что она Рисунок 1 превышает точность аппроксимации с помощью т-

распределения, ранее использовавшегося в этой задаче.

Для большого класса функциональных преобразований радиосигнала получен многомерный закон распределения его нормированных параметров:

^п(у„...,у„) =

ТГ -Уп

В(а,,...,ап+1)

у Г' '•••Уп"~'0~У1 ~—~Уп)°'" , (У].....УпМп; Yi >0, (6)

[1-(1-г,)у.--(1-гп)у„Г'+

обобщающий известный закон распределения Дирихле, впервые исследованы его свойства и показаны условия превращения в распределение Дирихле.

Рассмотрены математические модели помех и показано наличие двух эффектов, специфических для частотного дальномера.

Во-первых, сигнал, отражённый от слоя пыли и влаги, осевшего на защитном радиопрозрачном кожухе антенны, приводит к возникновению в смесителе приёмника дальномера сигнала, который можно трактовать как некоторый "виртуальный" отражатель, расположенный рядом с полезным отражателем и повышающий погрешность измерения расстояния:

иаи =AUaUMcos[£o0(t,-ta) + fflMOJ,(t)(t,-ta) + 9(,-9a], (7)

где А - коэффициент, зависящий от свойств приёмно-передающего модуля (ППМ); Ua, U„, t3, ta ф„, фа - соответственно амплитуда, время задержки и начальная фаза сигналов, отражённых от полезного отражателя и от антенны со0 - начальная частота излучаемого сигнала; соиод(0 - закон ЧМ.

Во-вторых, сигналы, отражённые от полезного отражателя и мешающих отражателей, вследствие плохой развязки попадают в колебательную систему передатчика и приводят к возникновению искажений 5co(t) ЧМ:

5со (t) = -сйДОА^Г, зт[т,й)р(0+Ф,], (8)

где cúp(t) - требуемый закон ЧМ; Г, - модуль коэффициента отражения от i-го отражателя, т, - время распространения сигнала до отражателя и обратно; ф, - фаза коэффициента отражения; м - число отражателей.

Эти искажения эквивалентны возникновению нелинейности МХ передатчика и увеличивают погрешность измерения.

В качестве модели шума r¡(t) использованы аддитивная смесь белого нормального шума, возникающего в первых каскадах приёмника и фазовых шумов передатчика, являющихся квазигармоническим шумом на разностной частоте с амплитудой, пропорциональной времени задержки, т.е измеряемой дальности.

В итоге модель сигнала на входе устройства обработки имеет вид:

up = Un eos [со (t) t3n -Фп ]+ jru, eos [со (t>31 -Ф,]+Т10) ■ (9)

i-i

где co(t) - учитывает искажения (4) и влияние нелинейности МХ передатчика

В качестве математической модели МХ обосновано использование выражения'

f = *о +Кмх"„од +аимод +Sexp(g,uM0J1)b, sin[d,(uMM +uH,)], (10)

позволяющее учесть линейную составляющую (KUJ, квадратичную составляющую (а ) и набор колебательных составляющих (b,,d,,uHl),изменяющихся по экспоненциальному за-

кону (g,). Разработана методика определения параметров модели по экспериментально измеренной MX, и показано хорошее совпадение экспериментальных графиков и построенных по выражению (10) с использованием оценённых параметров

В третьей главе разработан и проанализирован метод формирования и обработки сигналов частотного дальномера на основе оптимизации параметров ЧМ и адаптации к изменяющейся обстановке.

Показано, что для уменьшения ОД необходимо обеспечить отсутствие скачков фазы в СРЧ (режим "сшивания" фазы). Исходя из этого условия для симметричного треугольного закона модуляции, получена система уравнений, решением которой являются оптимальные значения параметров ЧМ со0 и Дш:

ск(я-ф„) с(ш - к)я

—1-= -—, (11)

0 2R 2R v

где значения кит зависят от способа управления напряжением модуляции и определены ниже.

Практически выполнение условий (11) осуществляется путём аппаратного поиска экстремумов СРЧ и проверки ограничения на Лш с помощью эталонных частот шэ„ = 27iF)H и со1ь = 27iF5,, задаваемых каким-либо простым способом. Например, с помощью диэлектрических резонаторов. При этом AFM111 = F„ - FM Прерывать полупериод модуляции можно только в момент появления экстремума СРЧ после достижения частотой зондирующего сигнала одного из указанных значений. В результате "сшивания" фазы СРЧ принимает вид непрерывной синусоиды.

Логическая функция управления напряжением модуляции в j-m периоде модуляции имеет вид:

Vy(t) = j° nPHt<M^Hf(t)<F3, _ (12)

[l при t < jNTr и f(t)>FM

где Тг - период СРЧ.

Для переменных к и m в (11) можно получить:

к = Int(2R/X,„); m = Int(2R/X.„)+1, (13)

где Х,н и л..а - длина волны несущего колебания соответствующая FJH и F.2.

Такой режим работы приводит к изменению длительности периода модуляции и девиации частоты при изменении расстояния Поэтому выполняется стабилизация крутизны изменения частоты передатчика путём стабилизации длительности интервала времени Тр между двумя частотными метками FMMH, FMB11C на границах диапазона перестройки частоты в j-m периоде модуляции Для этого производится управление амплитудой модулирующего напряжения:

UL =Ui™[1+K.(TpJ"' -Тэ)] , (14)

где Т.,- эталонное значение интервала времени; Ка- коэффициент преобразования

Выполнен анализ методической погрешности измерения расстояния для двух вариантов оценки частоты счётным методом Получены выражения для нормированной методической погрешности измерения расстояния при подсчёте нулей СРЧ в течение фиксированного интервала времени

1

N.

-Ы

N..

- + 0.5

Я 5аэ 2ДРмийТ,Кт

Я

(15)

и для двух независимых нормированных составляющих погрешности измерения при подсчёте нулей СРЧ в течение фиксированного числа периодов модуляции <4, _ Ти Я 6!Ъ МмодТмод27З

(16)

-1

^мшДмод Ч^Яэ

(17)

"Яэ

где 8К, = с/4ДРмин; ДРИИН = Рммге-Рмвн.

Получены подробные количественные оценки указанных погрешностей измерения и показано, что второй способ оценки частоты обеспечивает лучшие результаты. Это видно на рисунке 2, где серым цветом показана область изменения погрешности (15), жирной линией показана погрешность (17) и тонкими линиями показаны границы случайного изменения (16)

Показана возможность дальнейшего снижения погрешности измерения путём коррекции результата расчёта расстояния с помощью итерационной процедуры, учитывающей систематический характер методической погрешности измерения, и доказана сходимость этой процедуры.

В итоге предложенный метод оптимизации параметров ЧМ позволяет сгладить ОД на насколько порядков.

Найдена погрешность измерения расстояния, вызванная неточностью адаптивного управления моду-

(50 ы 2>0

Рисунок 2.

ляциеи:

-1

Я

Д1"мИ|Дмод 1,8ц,

Дф п

(18)

Проведён подробный анализ и получена оценка максимальной погрешности при квадратичной нелинейности МХ

и колебательной нелинейности

,=ас/4К 2Я

Ь Г. АР„„„ I'

1 +

М.ш)2+1].

(19)

(20)

Показано, что составляющая погрешности измерения, вызванная нелинейностью МХ, является наиболее существенной, значительно превышающей остальные.

Исследовано влияние шума на погрешность оценки момента сшивания фазы и получено выражение для нормированной дисперсии погрешности измерения расстояния, вызванной этой причиной-

1

т

V мол

я1 Я

214.

(21)

где 4И- | - нормированная корреляционная функция производной от шума.

На рисунке 3 проведено сравнение полученных результатов для двух способов оценки частоты с границей Крамера-Рао. Видно, что лучшие возможности по снижению влияния шумов путём накопления результатов присущи для оценки разностной частоты в течение фиксированного числа периодов ЧМ.

Рисунок 3 Рисунок 4

Все теоретические результаты подтверждены численным моделированием с использованием компьютерной модели.

В четвёртой главе предложен эффективный критерий оптимизации, проведена оптимизация параметров весовой функции (ВФ) и проведён анализ характеристик весового метода усреднения разностной частоты, дополненного адаптивным управлением параметрами частотной модуляции. С этой целью для ВФ произвольного вида'

оф)=Кв ХАтсо5(47шн/Тмоя),

(22)

получено выражение для нормированной методической погрешности измерения расстояния:

к

-Х-КвХАш01[тт]] при 1-е > х

ш-1

1-Х + Кв £ал02[п1Т|] при 1-е<х

где:; О,[:;]- с05М1-2к~х)^п(та/) с п_ соз[та(2 -2е-х)]аш[т1г(1 -х)]. е = р-Ь«(р); р = [4^Я/с-0,5]; 1/г| = К/5к = М+х; М = 1т(К/8к),

и выполнена количественная оценка погрешности измерения для нескольких конкретных ВФ.

Зависимость погрешности измерения от расстояния является периодической затухающей функцией с двумя видами периодичности, определяемыми длиной волны несущего колебания и величиной ОД. Конкретный вид этой зависимости и уровень погрешности измерения зависит от вида ВФ. На рисунке 4 приведена такая зависимость для ВФ (22) при К = 2.

Оптимизация параметров ВФ проведена на основе минимизации среднеквадратиче-ского отклонения (СКО) погрешности измерения, вычисленного на дискретном интервале дальности (ДУД), равном ОД: 1

дз (м)=г- 2) Д в (гм.к) > Ьк.1

(24)

Для нахождения оптимальных значений параметров ВФ Ат = КвАт получена система линейныхуравнений.

1 = 1,2...К, (25)

I Ат<1,,т(м)=0М

т=1

где а,,т(м)=-^1Р,(1,т,г ); о,(м) = -1-Ь2(им.к);

Ог к=1 Ог к=1

Р,0,т,г)=

0,ь(ф|мг)] при ье(г)>х(г).

02Ь(г)]С2[тл(г)] при 1-е(г)<Х(г)'

Р ч /х^,Мг)] при 1-е(г)>х(г) 211,Г;=Ш"Х(г)]С2[;т1(г)] при 1 -е(г)<х(г)

Для нескольких начальных участков дальности, кратных величине ОД, вычислены наборы оптимальных параметров ВФ и проведена количественная оценка достигнутой методической погрешности измерения. На рисунке 5 показана зависимость логарифма нормированного СКО результата измерения от нормированного расстояния для исходных параметров ВФ и на рисунке 6 - для оптимальных коэффициентов

-в -10,

-т- п*1

-*- п=2

-*- п=3

-а- п»4

-*- ВН92ЙВ

4 в

10

Рисунок 5

Рисунок 6

Выигрыш по величине методической погрешности колеблется от десятков процентов до нескольких порядков при увеличении сложности формы ВФ.

Получено выражение для дисперсии шумовой составляющей погрешности измере-

ния:

^ = еК]= (^у ст-|а'2 ОЛ + - Й ,

I 1" )

где в() - ]) - отсчёты ковариационной функции шума. При ВФ (22) это выражение имеет вид:

1ЕАтА1ш1{С1[(т + 1)г),-М,Е]-01[(т-1)п-М1е]} при 1-е>Х

(26)

о

Бш--Т

ч

т=11=1

К к

X ХА^т^СгКт-^-М.е^ОгКт + ^-М.е]} при 1-е<х

т=11=1

(27)

Показано, что знание уровня шума <1 позволяет минимизировать суммарную погрешность измерения расстояния с помощью оптимизации параметров ВФ. С этой целью аналогично (25) получена система линейных уравнений:

к_

1А„

т*1

= 0,(м), ¡ = 1,2...К, 4т

(28)

где <11т(м) и 0,(М) определены в (25); с; т (м)=I л м Л т> гм.к)

Ь к-1

Р (\ т г\ = 1 К1 + т)п,-М,е]-О,[(1 -т>п,-М,е] прие>х _б/

Система уравнений (28) отличается от системы уравнений (25) только наличием добавки к коэффициентам левой части, зависящей от номера ДУД и от величины отношения сигнал-шум q. При увеличении я система (28) приближается к (25).

На рисунке 7 показана зависимость логарифма нормированного СКО результата измерения от нормированного расстояния для оптимальных параметров ВФ.

-1 4

-»- п-2 -»- П"4 -*- п»3

- -

2 в 10 14 ЯЛЯ

Рисунок 7 Рисунок 8

Проведено численное моделирование, подтвердившее все теоретические результаты. На рисунке 8 приведена зависимость СКО результата измерения, полученная численным моделированием без шума при оптимальных значениях параметров рассмотренных ВФ и ВФ Кайзера-Бесселя (КВ) Последняя ВФ позволяет получить наилучшие результаты.

В пятой главе произведена оптимизация параметров ЧМ и параметров ВФ для спектрального метода оценки разностной частоты. Рассмотрена оценка разностной частоты по максимуму спектра и средневзвешенная оценка.

Для оценки частоты по максимуму спектра получены выражения, позволяющие вычислить положение точек с нулевой методической погрешностью измерения на нормированной шкале расстояний:

(29)

к

где хк =йкТМ0Д/(2я)=К/5к и х=ОТМ0Д/2я - нормированные частоты, хр=х-хк; х£ =х + хк.

Для промежуточных точек получено приближённое выражение для нормированной методической погрешности измерения расстояния:

^ = -Xк) = -2СОЗ(2Ф)8'вф(хй)/[б:ф(0)+со3(2ФКф(х „)]. (30)

Исследовано поведение погрешности измерения при изменении расстояния. График этой зависимости имеет характерный вид, похож на график, показанный на рисунке 4. Важным является наличие точек нормированной дальности, в которых огибающая быстрых флюк-туаций погрешности обращается в ноль.

На основе выражений (29) получены формулы для точек с нулевой погрешностью измерения при использовании ВФ Дольфа-Чебышева (ДЧ)

= (31)

где N = 1,2,3, номер точки с нулевой погрешностью измерения; Ь = 1п(<3 + л/о2 -1 ]; ОТ1 - уровень боковых лепестков СП и ВФ Кайзера-Бесселя (КБ)

>?- 82=1е(^Ь2т-82), (32)

где 5 = на; а- параметр, определяющий ширину основного лепестка и уровень боковых лепестков; Ьт =хКтл.

Получены точные выражения для огибающих быстрых и медленных флюктуаций погрешности. Предложены методы оптимизации параметров ЧМ и параметров ВФ, обеспечивающие минимум погрешности измерения.

Оптимизация параметров модуляции выполняется изменением величины девиации частоты при ЧМ, обеспечивающим смещение точки текущей дальности по оси нормированных частот в ближайшую точку с нулевой погрешностью измерения для данной ВФ в соответствии с выражениями (31) или (32).

Оптимизация параметров ВФ производится путём выбора таких значений параметров ФВ, при которых ближайшая точка с нулевой погрешностью измерения совпадёт на оси нормированной дальности с точкой, соответствующей текущему нормированному расстоянию.

Для практической реализации этих методов оптимизации предложены итерационные процедуры на основе текущего измерения расстояния. Теоретически может быть получена нулевая методическая погрешность Однако практически погрешность ограничена, т к. выбор оптимальных значений параметров выполняется исходя из текущей измеренной дальности. Дополнительного снижения методической погрешности измерения примерно на порядок можно достичь с помощью адаптивного медленного управления несущей частотой при ЧМ и усреднением результатов измерения расстояния в течение периода медленного изменения частоты.

Реализация этих методов оптимизации нуждается в значительном частотном ресурсе ЧМ генератора при оптимизации параметров модуляции или ресурсе производительности вычислительного устройства при оптимизации параметров ВФ.

Предложен метод упрощенной оптимизации, основанный на минимизации СКО погрешности измерения, вычисляемой аналогично (24), снимающий эту проблему, но проигрывающий по величине погрешности измерения примерно на порядок. Тем не менее, обеспечиваемый этим методом уровень методической погрешности измерения расстояния значительно меньше, чем другие составляющие погрешности. Получены наборы оптимальных значений параметров ВФ и произведена аппроксимация зависимости указанных параметров от расстояния для ВФ ДЧ и КБ соответственно:

(3 = 27,392хКц) -22,31719дБ; (33)

а = (1,0073х к ср - 0,8257 )/п . (34)

Результаты расчёта методической погрешности измерения для ВФ ДЧ при С! = 30 дБ и КБ при а = 1 приведены на рисунке 9, а для оптимальных параметров на рисунке 10

ад

12 К/8„

Рисунок 9

Рисунок 10

Для средневзвешенной оценки частоты получена методическая погрешность измерения

|2

Л«>к = £ («„ - сок)|80Ч)|2 / I |80со„)|2

(35)

и проанализированы её отдельные составляющие. Показано, что характер поведения мгновенной погрешности измерения в этом случае аналогичен характеру поведения погрешности оценки частоты по максимуму спектра Поэтому сделан вывод о применимости в данном случае рассмотренных выше методов оптимизации параметров ЧМ и параметров ВФ и численными методами доказана эффективность этих методов Получена сис-

тема уравнений для нахождения оптимальных значений параметров ВФ при упрощенной оптимизации, получены наборы оптимальных значений параметров и для ВФ ДЧ и КБ произведена аппроксимация зависимости оптимальных значений параметров от расстояния:

(3 = 13,38Ш8К-6,3705; (36)

а = 0,495811/8,,- 0,2331. (37)

Получено, что методическая погрешность измерения расстояния на основе средневзвешенной оценки частоты в 2...3 раза выше, чем на основе оценки по максимуму спектра.

Исследовано влияние шума на погрешность измерения. Показано, что закон распределения спектральной плотности 8у(со„) смеси СРЧ и нормального шума можно представить в виде закона распределения квадрата модуля суммы двух независимых величин с одинаковыми дисперсиями и различными средними и параметры этого закона выражены через спектральную плотность СРЧ.

Доказано, что закон распределения слагаемых, входящих в выражение для средневзвешенной оценки является обобщенным распределением Дирихле (3). Отсюда найдены математическое ожидание и дисперсия средневзвешенной оценки частоты и показано, что при достаточно малом уровне шума (менее минус 10 дБ) эта оценка является несмещённой, что подтверждено численным моделированием.

Численными расчётами показано, что на малых измеряемых расстояниях наибольший вклад в погрешность измерения вносит методическая погрешность, но при увеличении расстояния она снижается и быстро становится меньше шумовой составляющей

Показана возможность оптимизации параметров ЧМ и ВФ при наличии шума с помощью упомянутых выше итерационных процедур.

Для каждого рассмотренного варианта оптимизации проведено численное моделирование, результаты которого хорошо согласуются с теоретическими результатами.

В шестой главе рассмотрены методы повышения точности измерения расстояния дальномером с нелинейной МХ передатчика.

Предложен метод линеаризации МХ, отличающийся тем, что производится оперативная оценка её нелинейности по неравномерности периодов рабочего СРЧ т^) и формирование на этой основе компенсирующей добавки икк(^) к напряжению модуляции и„м1(1,)

где "Кк^)=К1.^т,(1пХ1г,-1п_,)Д-г1(1Л , ^ - нули СРЧ, 0<а< 1 - коэффициент, позволяющий регулировать относительную величину компенсирующей добавки Оценка качества предложенной процедуры производилась методом численного моделирования. На рисунке 11 показаны для примера результаты моделирования в виде зависимости необходимого числа итераций от параметра а и параметра квадратичной нели-

<11=450МГц №

нейности а. Анализ подобных графиков позволяет сделать вывод о высокой скорости

сходимости процедуры до заданной степени неравномерности периодов СРЧ.

Разработаны два метода учёта нелинейности МХ при расчёте расстояния. Оба метода основаны на анализе взаимного положения характерных точек СРЧ и двух точек г,, ^, соответствующих эталонным частотам Рв и Рн, внутри периода модуляции.

В первом методе используется полиномиальная аппрок-

Рисунок11

симация закона изменения частоты:

1=0

(39)

Отсюда получена система уравнений для нахождения неизвестных коэффициентов (39) по положению нулей СРЧ и двух частотных меток:

О -

1т,-1 ш2 -1 гп, -

1 ш„ О О О О

13ш

-и

1Н 1В

10 -1"

-г"

Г"

Тв

р. 0

0

а0 0

а1

X -

0

Рн

ап Рв

(40)

и выражение для величины перестройки частоты д^, обеспечивающей изменение фазы СРЧ между его двумя соседними нулями:

ДА=Ап+3,2(Рв-Рн)/Д, (41)

где Ди А,№з 2 соответственно определитель и алгебраическое дополнение квадратной матрицы в левой части (40).

Расстояние при этом вычисляется по формуле:

К=с/(4ДГ,). (42)

Во втором методе используется параболическая интерполяция положения эталонных точек внутри крайних периодов СРЧ и вычисление дробной части периода СРЧ х = 1-х,+х2 где х, и х2 - нормированные положения граничных точек интервала анализа относительно левых границ соответствующих полупериодов СРЧ Расчёт расстояния производится по формуле'

Я = с(к + х)/(2Др). (43)

Показана практическая возможность и целесообразность использования цифрового синтеза частоты излучаемого сигнала для достижения высокой точности измерения расстояния.

В седьмой главе рассмотрены возможности снижения погрешности измерения расстояния при наличии мешающих отражений

Подробно исследовано влияние виртуального отражателя на погрешность измерения расстояния до полезного отражателя и показано, что погрешность измерения зависит как от расстояния до полезной цели, так и от взаимного расположения полезной цели и виртуального отражателя. Зависимость погрешности измерения от расстояния между полезным отражателем и виртуальным отражателем, показанная на рисунке 12, имеет узлы огибающей быстрых колебаний. Это позволяет для снижения влияния виртуального отражателя использовать метод оптимизации параметров ЧМ и ВФ, обеспечивающий совмещение положения одного из таких узлов на оси нормированной дальности с положением на этой оси нормированного расстояния между полезным отражателем и виртуальным.

««У»«*

-1 * - ----

-1 в - 'т..

1 в - <■ Ч-,

-2 • - - -

22

-2 4 . 1

-2 9 ... -

-2 в

Рисунок 12

Рисунок 13

С этой целью записана система уравнений для нахождения оптимальных значений параметров и для ВФ ДЧ получены соответствующие формулы для оптимального значения ОД

(44)

и коэффициента Ь

Ь„„т - • (45)

Эти формулы позволили разработать итерационную процедуру оптимизации формирования и обработки СРЧ. Результаты численного моделирования показаны на рисунке 13 толстой линией для неоптимальных параметров ВФ ДЧ, тонкой сплошной линией -для оптимальных параметров и пунктирной линией - усредненный результат при оптимальных параметрах ВФ. Видна эффективность предложенного метода, уменьшающего соответствующую погрешность измерения на два порядка. Проанализирована погрешность измерения, вызванная искажением (4) закона ЧМ вследствие влияния отражений от полезного и мешающих отражателей на резонансную систему генератора Получено выражение для дополнительной погрешности измерения расстояния'

А» О.А.

- \-COS

, I • (

"С'ГК

К. в,А м [ Я 1 . ( я 1 ь " '—£У,со5 4т1—!- + ф, кш и—'- ,

К.

25 (

(7.17)

где Уп=г„п для плоского отражателя; V,, = Л/о7л/К;1 для точечного отражателя; Уп = 2лГопх„ехр(-а02К„)/к для направляющей системы; к = Дсо/со0, а0- погонное затухание в НС; в, - коэффициент усиления антенны; Хср- средняя длина волны несущего колебания,

Проведено количественное исследование дополнительной погрешности для практически важных случаев

Предложены три метода снижения указанной погрешности- увеличение развязки генератора от внешней среды, конструктивные решения СВЧ тракта и усреднение результата измерения при двух значениях фазы формируемого сигнала.

Разработан метод и оценена возможность адаптивной компенсации мешающих отражений С этой целью разработана процедура оценки параметров помехи и методом численного моделирования показана её эффективность.

Произведена оценка возможности использования параметрических методов спектрального анализа на основе линейных моделей. Наилучшие результаты из всех известных методов обеспечивает метод Прони. Для него с помощью численного моделирования получены значения порядка модели и необходимого числа отсчётов СРЧ, обеспечивающих наилучшее разрешение полезного сигнала и помехи. Проведено моделирование двух ситуаций при наличии мешающего отражателя в произвольном месте рабочей зоны дальномера (рисунок 14) и при работе вблизи дна резервуара (рисунок 15), когда дальномер используется в типичной ситуации измерения уровня.

— Ргопу 1 Риле |

«Г^Р 5,

'Ни ■= е- г-; 1 41 ш .'.Г. 5 2« ' 'и 'Ал

||| |1! III Шц \

■ п 111 1 . 1 • •

Рисунок 14

Рисунок 15

Получено, что метод Прони примерно в 5 8 раз снижает зону повышенной погрешности измерения и в 3 .5 раз снижает величину максимальной погрешности измерения по сравнению со спектральным методом оценки частоты

Рассмотрена возможность использования методов распознавания образов для измерения расстояния в зоне наличия мешающего отражателя Метод предусматривает предварительное обучение путём формирования эталонного (опорного) сигнала учитывающего спектр мешающих отражателей и затем вычисление меры отличия спектров в

рабочем режиме. При этом опорный спектр представляется в виде суммы постоянной части, являющейся спектром отражения от мешающих отражателей, и переменной части, соответствующей полезному отражателю.

Параметры переменной части варьируются для достижения минимума меры отличия спектров и по параметрам, соответствующим этому минимуму вычисляется измеряемое расстояние:

к_сТмод((он+к5со)^ (46)

4Дш

где сои-начальное значение оцениваемой частоты, соответствующее минимальному измеряемому расстоянию, 6ш- шаг изменения частоты, то есть шаг сдвига спектра SJH[j(co, -со,)] по оси частот при проведения измерения расстояния, к - число шагов при сдвиге спектра от частоты юн до того значения частоты, при котором достигается минимум меры отличия.

Рассмотрены два варианта формирования опорного спектра. Первый вариант основан на формировании соответствующих сигналов и нахождении их параметров при калибровке дальномера. Второй вариант предусматривает суммирование двух спектров, полученных при калибровке.

Результаты данной главы позволяют сделать вывод, что для снижения влияния мешающих отражений целесообразно использовать адаптивный комплексный подход, предусматривающий на оазных этапах и в разных условиях использование разработанных выше методов в соответствии с априорной информацией о помеховой обстановке.

В восьмой главе рассмотрены возможности практического использования полученных результатов С этой целью проанализированы особенности частотного дальномера с точки зрения их реализации современными средствами цифровой обработки сигналов На этой основе разработана компьютерная модель частотного дальномера, позволяющая оперативно проводить оценку характеристик различных вариантов обработки сигналов в конкретных условиях работы дальномера. Модель реализована в системах программирования Delphi 6 и MATLAB 6.5. В каждой из них разработан удобный пользовательский интерфейс, предусматривающий выбор параметров дальномера, типа ме-щающего фактора, метода обработки сигналов и формы представления результатов.

Результаты, полученные с помощью описанной модели, хорошо совпадают с теоретически полученными результатами и данными эксперимента.

Для проверки теоретических результатов и подтверждения их достоверности разработан стенд и методика для настройки и калибровки дальномеров, использованные при проведении экспериментальных исследований Стенд расположен в измерительном зале, основные отражающие зоны которого закрыты поглощающим материалом, снабжён эталонными отражателями и средствами их точного позиционирования Погрешность установки положения эталонного отражателя составляет 0,2 мм. Разработана методика проведения измерений

Практическая реализация разработанных методов повышения точности измерения расстояния в промышленных системах ближней радиолокации выполнена на Рязанском

приборостроительном предприятии ООО Контакт-1 применительно к системам измерения уровня заполнения технологических резервуаров При этом реализованы три рассмотренные МСОД Для каждого из них произведён анализ особенностей цифровой реализации, рассматривается укрупнённая структурная схема и приводятся результаты экспериментальной оценки погрешности измерения на упомянутом выше стенде На рисунке 16 приведен внешний вид серийных образцов трёх поколений семейства уровнемеров серии "Барс".

В преобразователе уровня радиоволновом "Барс 322" реализован счётный МСОД с оптимизацией параметров ЧМ, рассмотренный в главе 3 Никаких мер по снижению влияния нелинейности МХ в этом приборе не предусмотрено. Поэтому его погрешность измерения расстояния составляет 50 мм в диапазоне измеряемых расстояний от 1 м до 30 м Он предназначен в основном для измерения уровня сыпучих и комковых материалов На рисунке 17 приведена экспериментально измеренная зависимость мгновенной погрешности измерения от расстояния.

Рисунок 16

дЯ м0,02 0,015 0,01 0,005

о

-0,005 -0,01

Н^м и ы

4,9

4,95

5,05

5,1

5,15

5,2 К и

Рисунок 17

В уровнемере "Барс 332" реализован весовой МСОД с оптимизацией параметров ЧМ и параметров ВФ, рассмотренный в главе 4 и предложенный в главе 6 метод учёта нелинейности МХ на основе на параболической аппроксимации зависимости мгновенного периода СРЧ от времени. Погрешность измерения расстояния составляет 5 мм в том же диапазоне измеряемых расстояний. Результаты экспериментального измерения зависимости погрешности измерения от расстояния показаны на рисунке 18.

Рисунок 18.

В преобразователе уровня радиоволновом "Барс 352" реализован спектральный МСОД на основе оценки частоты по максимуму спектра Используется цифровой синтез

частоты излучаемого сигнала и упрощенная оптимизация параметров ВФ, рассмотренная в главе 5. Погрешность измерения расстояния составляет 1 мм. в диапазоне расстояний от 0, 8 м. до 30 м. На рисунке 19 показана соответствующая зависимость погрешности измерения от расстояния.

Рисунок 19.

Далее предложен метод измерения уровня заполнения парка резервуаров одним измерительным прибором Для решения этой задачи предложено на каждом хранилище разместить пассивный измерительный блок (ПИБ), выполняющий задачи приёма зондирующего сигнала, формирования опорного и измерительного сигналов, задержка между которыми пропорциональна дальности до поверхности материала и излучения их в обратном направлении на ортогональной поляризации

Для развязки сигналов соседних по дальности хранилищ их ПИБ-ы принимают и излучают сигналы на ортогональных поляризациях.

Вынесенный от хранилищ активный измерительный блок (АИБ) излучает ЧМ сигнал в направлении хранилищ. Излучение и приём производятся на ортогональных поляризациях и производится поочерёдное согласованное переключение поляризации передатчика и приёмника для опроса хранилищ с чётными и нечётными номерами В АИБ пары принятых ответных сигналов поступают на смеситель, куда одновременно поступает излучаемый ЧМ сигнал, сдвинутый по частоте на фиксированную величину, соответствующую расстоянию до текущего хранилища. При этом в полосу пропускания фильтра на выходе смесителя поступает пара принятых сигналов от этого хранилища Далее эта пара сигналов поступает на нелинейный элемент и образует сигнал разностной частоты, величина которого пропорциональна расстоянию от ПИБ данного хранилища до поверхности материала Вся дальнейшая обработка полученного СРЧ может выполняться в соответствии с каким-либо МСДО Процедура последовательного опроса всех хранилищ может выполняться вручную или по заранее заданной программе

В заключении сформулированы основные результаты диссертации 1 Проведен анализ вероятностных свойств отражённых радиолокационных сигналов, выполнено уточнение вероятностных свойств исходной феноменологической модели, проведена аппроксимация сложного закона распределения огибающей радиосигнала, получено новое распределение нормированных параметров радиосигнала, обобщающее известное распределение Дирихле и показаны причины, специфических для частотного дальномера погрешностей, в виде виртуального отражателя, искажения закона ЧМ за счёт влияния отраженного сигнала и нелинейности МХ передатчика

2 Сформулирована задача оптимизации процедур формирования и обработки сигналов частотного дальномера для промышленных систем ближней радиолокации по минимуму погрешности измерения расстояния.

3 На примере трёх характерных МСОД проведена оптимизация параметров ЧМ и параметров ВФ, обеспечивающая минимум погрешности измерения. Предложены процедуры практической реализации методов оптимизации, получены оценки их качества в идеальных условиях и при воздействии шума

4 Предложены методы снижения погрешности измерения расстояния вызванной нелинейностью МХ передатчика, заключающиеся в линеаризации закона изменения частоты или учёта нелинейности при расчёте расстояния.

5 Предложены методы снижения погрешности измерения расстояния, вызванные влиянием виртуального отражателя, искажения закона ЧМ отражённым сигналом и наличием мешающих отражений Рассмотрена возможность компенсации мешающего сигнала, использования методов высокого разрешения на основе линейных моделей и методов распознавания.

6 Предложен метод измерения уровня заполнения парка резервуаров с помощью одного активного измерительного прибора и набора пассивных ретрансляторов, позволяющий производить измерения в самых неблагоприятных для человека условиях

7 Рассмотрены научно-методические основы создания ЧМД с широким набором потребительских свойств и вопросы практической реализации полученных результатов с использованием компьютерной модели, экспериментальных исследований, и созданием в итоге семейства серийно выпускаемых уровнемеров "Барс".

Технические решения, предложенные при выполнении данной диссертационной работы на основе теоретических результатов, защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации и внедрены в современные образцы ЧМД, что подтверждено актами о внедрении. Высокий научно-технический и потребительский уровень разработанных уровнемеров подтверждается'

- дипломом VII международной выставки "Нефть и Газ-2000";

- дипломом третьей степени международной выставки-ярмарки "Экспо-Уголь 2003",

- дипломом второй степени на неделе высоких технологий в Санкт-Петербурге в 2004 г,

- дипломом и золотой медалью V -го Московского международного салона инноваций и инвестиций 2005 г

Таким образом, в диссертации поставлена и решена крупная научная проблема разработки научно-методических основ повышения точности измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного сигнала в промышленных системах ближней радиолокации, создания реализуемых прецизионных дальномеров, которые можно применять в сложных условиях функционирования и выяснения предельных возможностей таких систем с учётом влияния мешающих факторов, имеющая важное хозяйственное значение

В приложениях приведены некоторые математические выкладки, копии дипломов международных выставок и копии актов внедрения результатов работы

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Атаянц Б.А., Атаянц Э К., Езерский В.В. и др. Результаты экспериментального исследования характеристик рассеяния земной поверхностью сигналов наносекундной длительности // XI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн:Тезисы докладов. Ч.З.-Казань, 1975.-С. 47-48.

2. АС. 646719 СССР, МКИ3 Н 01 Р 1/16, Н 01 Р 5/12. Устройство для разделения радиоволн на две ортогонально поляризованные компоненты / Б.А. Атаянц, В В Езерский (СССР). Заявл. 17.12.76.-4 с.:ил.

3 Атаянц Б А , Езерский В В Распределение элементарных фаз в модели флюктуирующей цели // Изв. Вузов СССР- Радиоэлектроника.-1977,- Т 20, №4 - С 106-108

4 Атаянц Б.А , Атаянц Э.К , Езерский В.В. Карпов А Ф Измерение фазовой структуры радиолокационного сигнала // Методы и аппаратура для измерения сдвига фаз и частоты сигналов'Тез докл Всесоюзн. НТК.-Красноярск, 1979.-С 32

5. Атаянц Б А., Езерский В В. Об аппроксимации законов распределения огибающей радиосигнала // Радиотехника и электроника.-1979.-Т 24, № 2 - С 309-315

6 Атаянц Б.А., Езерский В.В. Выбор метода определения инвариантных поляризационных параметров радиолокационной цели // Известия вузов СССР Радиоэлектроника,-1982. Т.25, № 7.- С. 73-75.

7. А.С. 934510 СССР, МКИ3 3 06 К 9/46. Устройство для распознавания образов / Б.А. Атаянц, В.В Езерский, В.П. Румянцев (СССР), заявл.20 10.80; опубл.07.06 82, Бюл. №21.-3 с.:ил.

8. Атаянц Б.А., Езерский В В. Распознавание случайных сигналов, описываемых бета распределением // Радиотехника и электроника. -1982. -Т.27, № 11.- С 2256 - 2258.

9. Атаянц Б.А , Езерский В В , Карпов А.Ф., Паршин В.С , Румянцев В.П Исследование обобщённой модели радиосигнала, отражённого от протяженного объекта // Моделирование в задачах радиолокации и интроскопии неоднородных сред. Тез докл. Республ НТК,- Свердловск, 1983.-С. 56.

10. Атаянц Б.А , Езерский В В. Учёт погрешностей антенн при определении матрицы рассеяния радиолокационной цели // Известия вузов СССР-Радиоэлектроника.-1983 -Т 26, № 3. -С. 74-75.

11. Атаянц Б.А., Езерский В.В , Карпов А.Ф. Распределение нормированной мощности сигнала // Радиотехника и электроника.- 1983.-Т 28, № 9.- С. 1864-1868.

12 Атаянц БА, Езерский В.В., Карпов А.Ф. Обобщенное статистическое описание сигналов отражённых земными покровами // Дистанционное зондирование земных покровов радио методами. Тез. докл. Всесоюзн. НТК,- М. 1985.-С. 85-86.

13 Атаянц Б А, Езерский В В Влияние шумов на распознавание случайных сигналов, описываемых бета распределением // Радиотехника и электроника -1986.-Т 31, № 3 -С 826 - 828.

14. Гусинская Г В., Езерский В.В., Атаманкин С.А. Применение многомерного распределения Дирихле при моделировании радиосигналов // Радиоэлектроника и связь на службе качества-Материалы Всесоюзн. НТК - Свердловск 1988.-С 47

15 Атаянц Б.А., Езерский В В , Карпов АФ Исследование обобщённой вероятностной модели радиосигнала // Известия вузов СССР-Радиоэлектроника-1988-Т 31, № 4-С.43-49.

16 АС. 1483587 СССР, МКИ3 НО 3 В 29/00 Формирователь случайных сигналов / С.А. Атаманкин, Г.В. Гусинская, В.В. Езерский (СССР); заявл.29 05.89; опубл 30.05.89, Бюл. № 20.-6 с.-ил.

17. АС. 1529217 СССР МКИ3 НО 6 F 7/58 Генератор случайного сигнала / С А Атаманкин, Г.В Гусинская, В В. Езерский (СССР); заявл 30 07.87; опубл.15.12 89, Бюл. №46 -6 с:ил.

18. Гусинская Г.В , Езерский В.В. Распознавание случайных сигналов в ортогональных базисах // Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей- Сб. научных тр.-Киев, УМК ВО, 1991.-С. 151-155.

19. А.С. 165662 СССР МКИ3 Н 03 В 29/00. Генератор случайных сигналов / Г.В. Гусинская, В.В. Езерский, АФ. Карпов, А.Н. Осипов (СССР), заявл.13.0688, опубл.1506.91, Бюл. № 22.-3 с.:ил.

20 АС 1732776 СССР МКИ3 G 01 S 7/40, НОЗВ 29/00. Формирователь случайных сигналов / Г.В. Гусинская, В В Езерский, А Ф Карпов, Ю А. Каленицкий (СССР); за-явл.05.12.88; зарег 08.01.92.-3 с.:ил.

21 Атаянц Э.К., Гусинская Г.В., Езерский В.В., Комаров А.А. и др Получение и обработка информации для систем распознавания // Технологии и системы сбора, обработки и представления информации' Тез докл. Междунар. Конф Междунар академии информатизации - Рязань, 1993.-С. 40 - 41.

22 Атаянц Б А., Езерский ВВ., Кулакова М.В., Рынин В.П. Многоканальная информационная система контроля уровня // Статистический синтез и анализ информационных систем: Тез. докл. XIII НТС.- Рязань, 1994.-С. 27.

23 Атаянц Б А., Езерский В В., Кулакова М.В., Рынин В П Многопозиционный бесконтактный уровнемер // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тез докл. VI Междунар НТК - Гурзуф, 1994.-С 35-37.

24 Пат. 2010182 Российская Федерация, МПК7 G 01 F 23/28 Уровнемер / Б .А. Атаянц, В В Езерский, М.В. Кулакова, В.П Рынин; заявл 16 01.92; опубл 30 03.94, Бюл. № 6. -6 с.:ил.

25. Атаянц Б А , Езерский В В., Кагаленко Б В Сравнительный анализ двух датчиков уровня // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления- Тез докл VII Междунар. НТК - Гурзуф, 1995 -С. 41-43.

26. Езерский В.В., Болонин В А., Чмеленко В.В. Программно-аппаратная реализация блока цифровой обработки сигналов ЧМ-уровнемера повышенной точности // Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники- Тез. докл. Все-рос. НТК.- Рязань, 1996.-С.15-17.

27 Пат. 2066881 Российская Федерация, МПК7 G 06 К 9/00. Устройство распознавания случайных сигналов / Г.В Гусинская, В В Езерский; заявл 09.01 92; опубл.20.09.96, Бюл № 26 -6 с :ил

28. Атаянц, Б .А , Езерский В.В., Рынин В.П Бесконтактный многопозиционный уровнемер // Радиолокация, навигация, связь Доклады VI Междунар. НТК Том 3 -Воронеж, 2000.-С. 1679-1685.

29. Атаянц Б .А, Болонин В.А., Езерский В.В., Кагаленко Б.В Адаптивный частотно модулированный уровнемер // Радиолокация, навигация, связь- Доклады VI Междунар. НТК, Том. 3 -Воронеж, 2000.-С. 1686-1696

30. Пат 2151408 Российская Федерация, МПК7 G 01 S 13/34 Радиолокационный дальномер / Б А Атаянц, В А Болонин, В В Езерский, Б.В Кагаленко, А И Смутов, за-явл 30 06 99, опубл.20 06.2000, Бюл. № 17. -8 с/ил.

31. Атаянц Б.А., Езерский В.В , Болонин В.А , Мирошин С.В Требования к цифровой реализации адаптивного ЧМ-уровнемера // Цифровая обработка сигналов и ее применение. Докл.-2 3-й Междунар. НТК - Москва, 2000,- С. 315-317.

32 Пат. 2159923 Российская Федерация, МПК7 G01F 23/284 Радиолокационный уровнемер / Б.А Атаянц, В.В Езерский, А.И. Смутов, заявл 04 03 99; опубл 27.03.2000, Бюл. № 33.-5 с. ил.

33 Атаянц Б А , Езерский В.В , Болонин В.А., Кагаленко Б.В Бесконтактный радио-волновый датчик расстояния повышенной точности и стабильности // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления Датчик-2001 Тез. докл. XIII НТК .-Гурзуф, 2001.-С. 246-247.

34.Езерский В В, Кагаленко Б.В., Болонин В.А. Адаптивный частотно-модулированный уровнемер Анализ составляющих погрешности измерения // Датчики и системы.-2002. № 7.-С. 44-47.

35 Езерский В В. Сравнительный анализ методов сглаживания дискретной ошибки в ЧМ дальномерах// Радиолокация, навигация, связь' Доклады VIII Мехедунар НТК,- Воронеж, 2002 -Т.З С. 2000-2009.

36 Езерский В В , Баранов И В , Болонин В.А Компенсация нелинейности модуляционной характеристики ЧМ-дальномеров на основе анализа принятого сигнала // Датчики и системы Сб. докл Междунар. конф. Том 1,- Санкт-Петербург. 2002 -С 218-222.

37. Езерский В В, Баранов И В Анализ точности датчика расстояния на базе ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки // Датчики и системы Сб докл Междунар конф Том 1 -Санкт-Петербург, 2002 -С. 22-26

38 Езерский В В., Болонин В.А., Баранов И.В. СВЧ уровнемер с весовым сглаживанием дискретной ошибки // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии- Материалы 12-й Междунар конф,- Севастополь, Вебер, 2002.-С. 453-454.

39. Езерский В.В. Современное состояние и тенденции развития неконтактных датчиков расстояния на основе частотно-модулированных дальномеров // Прикладная Радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития. Материалы 1-го Междунар. Радиоэлектронного Форума МРФ - 2002 - Харьков, 2002.- С. 490-493.

40 Езерский В В , Болонин В.А., Баранов И.В Алгоритм компенсации нелинейности модуляционной характеристики ЧМ дальномеров // Вестник РГРТА - Рязань, 2002 -Вып.Ю.-С. 38-42.

41 Иванов С В , Витязев В.В., Езерский В.В Метод адаптивной компенсации мульти-гармонической помехи в устройствах радиометрии // Цифровая обработка сигналов -2002.-№ 2,-С 27-31.

42 Езерский В В , Баранов И.В. Анализ методической погрешности датчика расстояния на базе ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки // Вестник РГРТА- Рязань, 2003 - Вып 11 -С. 61-65

43. Пат. 2218559 Российская Федерация, МПК7 в 01 Р 23/284. Способ измерения уровня диэлектрической среды / Б А Атаянц, В М Давыдочкин, В В Езерский; за-явл 20.06 02; опубл 10.12 03, Бюл № 34 -3 с.:ил.

44 Езерский В В , Болонин В А., Баранов И В Цифровая обработка сигнала ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки // Цифровая обработка сигналов и её применение- Доклады 5-й Междунар конф Т 1 - Москва 2003 -С 237-239

45 Иванов С В., Витязев В В , Езерский В В Метод устранения фазовых искажений в устройствах радиометрии // Цифровая обработка сигналов, 2003 № 1 С 36-39

46. Езерский В В , Болонин В А , Баранов И В , Давыдочкин В М Пронин В А Обработка сигналов датчика расстояния на основе частотного дальномера с учётом нелинейности модуляционной характеристики передатчика // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления- Материалы конф - М -МГИЭМ, 2003 -С.101-103.

47 Езерский В В., Давыдочкин В М Виртуальные отражатели и их учёт при обработке результатов измерения частотно-модулированного уровнемера // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления- Материалы конф -М : МГИЭМ, 2003-С. 103-105

48. Атаянц Б.А., Давыдочкин В.М., Езерский В В Измерение уровня диэлектрических сред с малым поглощением и отражением с помощью частотного дальномера II Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления Датчик-2003 -Материалы конф - М МГИЭМ, 2003.-С.105-106

49 Езерский В В Методическая погрешность датчика расстояния на базе частотно-модулированного дальномера с весовым сглаживанием погрешности дискретности // Измерительная техника-2003,- № 9.- С 22-25

50 Атаянц Б А , Давыдочкин В.М , Езерский В В Учёт влияния эффектов рассогласования антенны в частотных радиодальномерах // Антенны -2003 -№ 12(79) - С 23-27

51 Езерский В В , Давыдочкин В.М , Нагорный Д Я СВЧ-синтезатор частот с высоколинейной широкополосной частотной модуляцией // Физика и технические приложения волновых процессов'Тез. докл II Междунар НТК,-Самара, 2003.-С 164

52 Атаянц Б А , Езерский В В , Болонин В А , Баранов И В , Давыдочкин В М., Пронин В А Учёт нелинейности модуляционной характеристики передатчика при измерении расстояния широкополосным частотно модулированным радиолокатором // Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике' Сб докл Всерос НТК - Муром, Ми ВлГУ, 2003 - 546 с

53. Езерский В.В Задача оптимизации управления модулирующим напряжением частотно-модулированного дальномера // Вестник РГРТА. - Рязань, 2003.- Вып 12.-С 4449.

54. Езерский В В., Баранов И В. Оптимизация весового метода сглаживания погрешности дискретности на основе частотного дальномера // Измерительная техника -2004 -№ 12.-С 19-23.

55. Езерский В.В , Паршин В С , Баранов И В , Гусев В.С , Багдагюлян А А Сравнительный анализ помехоустойчивости алгоритмов измерения дальности ЧМ дальномером в спектральной области // Вестник РГРТА.- Рязань, 2004.-Вып 14 -С 43-48

56. Пат 2234716 Российская Федерация, МПК7 С01 Б 13/34 Способ формирования зондирующего частотно-модулированного сигнала для дальномера с периодической частотной модуляцией / Б А Атаянц, ИВ Баранов, В А Болонин, ВМ Давыдочкин, В В Езерский, Б В Кагаленко, В.А. Пронин, заявл.04 03 03; опубл.20.08 04, Бюл № 23 -8 с :ил.

57 Атаянц Б А , Давыдочкин В М., Езерский В.В , Нагорный Д.Я ЧМ-радиодальномер с адаптивным цифровым формированием зондирующего сигнала // Труды Российского НТО РЭС им Попова Серия- Цифровая обработка сигналов и её применение 6-я Международная конференция Вып. VI - 2.-М 2004 - С 26-28

58 Пат 2234717 Российская Федерация, МПК7 С018 13/34 Способ измерения расстояния / Б.А Атаянц, В М. Давыдочкин, В В. Езерский, Д Я Нагорный; заявл.04.03 03; опубл.20.08 04, Бюл № 23. -7 с :ил.

59. Езерский В.В Анализ методической погрешности дальномера с адаптивной частотной модуляцией для систем ближней радиолокации // Вестник РГРТА - Рязань, 2004 -Вып. 15,-С. 40-45

60. Пат 2234108 Российская Федерация, МПК7 в01 Б 13/34 Способ измерения расстояния (варианты) / Б А Атаянц, В В. Езерский, И.В Баранов, В А Болонин, В М Давыдочкин, В А. Пронин, заявл 18.12.02; опубл 10.08.04, Бюл. № 22 -8 с. ил

61 Давыдочкин В.М, Езерский В В. Влияние отражённого сигнала на погрешность измерения расстояния частотным дальномером // Физика и технические приложения волновых процессов' Тез. Докл. III Междунар. НТК.- Волгоград.' НП ИПД "Авторское перо", 2004.-С.196-197.

62. Пат. 2234688 Российская Федерация, МПК7 в 01 Р 23/28, С 01 N 27/26 Способ измерения электрофизических параметров зондируемого материала и расстояния до него (варианты), устройство для его осуществления и способ калибровки этого устройства / Б А Атаянц, В.М. Давыдочкин, В.В Езерский, В.А Пронин; заявл 23 01 03; опубл.20 08 04, Бюл. № 23. -15 е..ил

63 Езерский В В , Давыдочкин В М. Оптимизация спектральной обработки сигнала прецизионного датчика расстояния на основе частотного дальномера // Измерительная техника.-2005-№ 2.-С 21-25.

64 Паршин В С , Езерский В В , Багдагюлян А А. Улучшение характеристик ЧМ дальномера при наличии мешающих отражателей с помощью параметрического спектрально-

го анализа // Труды Российского НТО РЭС им. Попова - Серия: Цифровая обработка сигналов и её применение. 6-я Международная конференция. Вып. VI-2 M 2005,- С. 77-80.

65 Езерский В.В., Давыдочкин В.М. Оптимизация весовых функций при спектральной обработке сигналов частотного дальномера // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез. Докл III Междунар НТК. Волгоград : НП ИПД "Авторское перо",

2004.-С.224.

66. Езерский В.В, Паршин B.C. Оценка средней частоты заполнения радиоимпульса, принимаемого на фоне нормального шума // Научный Вестник МГТУ ГА Серия Радиофизика и радиотехника.-М..2005.-№ 87(5).-С. 5-14.

67. Езерский В В , Паршин В С. Использование алгоритмов параметрического спектрального анализа при измерении дальности с помощью радиолокационных дальномеров с частотно-модулированным сигналом // Труды Российского НТО РЭС им. Попова - Серия: Цифровая обработка сигналов и её применение.7-я Междунар. конф Вып. VII—1 - M

2005.-С. 234-238.

68. Езерский В.В., Баранов И В., Мирошин C.B. Компьютерная модель обработки сигналов в ближней частотной радиолокации // Труды Российского НТО РЭС им. Попова Серия' Цифровая обработка сигналов и её применение.6-я Междунар конф Вып. VII-1 -М. 2005,- С. 238-242.

69. Давыдочкин В.М , Езерский В.В. Минимизация погрешности измерения расстояния при цифровой обработке сигналов в ближней частотной радиолокации // Цифровая обработка сигналов.-2005.-№ З.-С. 22-27.

70. Пат. 2244368 Российская Федерация, МПК7 G 01 F 23/28, G 01 S 13/08 Способ измерения уровня материала в резервуаре / Б.А Атаянц, В.С Паршин, В В. Езерский; за-явл.04.03 03; опубл 10.01.05, Бюл. №1.-9 с.:ил.

71. Давыдочкин В.М., Езерский ВВ. Минимизация погрешности измерения расстояния в ближней частотной радиолокации // Прикладная Радиоэлектроника Состояние и перспективы развития. Материалы 2-го Междунар Радиоэлектронного Форума МРФ -2005. - Харьков, 2005.-С. 266-269.

72. Давыдочкин В.М , Езерский В В Методическая погрешность частотного дальномера при спектральной обработке сигнала биений // Прикладная Радиоэлектроника Состояние и перспективы развития' Материалы 2-го Междунар. Радиоэлектронного Форума МРФ - 2005. - Харьков, 2005.-С. 274-277.

73. Давыдочкин В.М , Езерский В 8. Влияние отраженных волн на погрешность измерения расстояния частотным дальномером // Прикладная Радиоэлектроника Состояние и перспективы развития' Материалы 2-го Междунар Радиоэлектронного Форума МРФ - 2005.- Харьков, 2005.-С 270-273.

74. Давыдочкин В.М , Езерский В.В Влияние отражённых волн на погрешность измерения расстояния частотным дальномером // Вестник РГРТА. - Рязань, 2005 -Вып. 17.-С (в печати).

А

»•2235

Подписано в печать30,£>- ССЗлк. дб Тир. /СС' Пл. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ. if ВВЕДЕНИЕ.

1 ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ДАЛЬНОМЕРЕ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ.

1.1 Вводные замечания.

1.2 Временной метод анализа частотно-модулированного дальномера

1.3 Спектральный метод анализа частотно-модулированного дальномера.

1.4 Источники погрешности измерения частотно-модулированным дальномером.

1.5 Методы сглаживания ошибки дискретности.

1.5.1 Оптимальный метод оценки частоты радиоимпульса.

1.5.2 Сохранение некоторой несущей частоты в результирующем колебании на выходе смесителя.

1.5.3 Обработка характерных точек сигнала разностной частоты.

1.5.4 Метод оценки средней частоты сигналов во временной области с помощью дробного дифференцирования.

1.5.5 Методы, основанные на линейных моделях. ф 1.5.6 Методы, основанные на спектральном анализе сигнала разностной частоты.

1.60боснование выбора для исследования методов сглаживания ошибки дискретности.

1.7Формулировка задачи оптимизации обработки сигналов частотного дальномера.

1.8 Выводы.

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИГНАЛОВ, ПОМЕХ, ШУМОВ И УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Феноменологическая модель радиолокационного сигнала. ф 2.2.1 Модель стабильной цели.

2.2.2 Модель флюктуирующей цели.

2.3 Распределение элементарных фаз в модели флюктуирующей цели

2.4 Аппроксимация закона распределения огибающей радиосигнала в модели флюктуирующей цели.

2.5 Распределение нормированных параметров сигнала.

2.6Модели помех и шума.

2.7Математическая модель модуляционной характеристики частотно модулированного генератора.

2.8 Выводы.

3 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ ПРИ * СЧЁТНОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ.

3.1 Вводные замечания.

3.2 Алгоритм работы частотного дальномера с адаптивной оптимизацией параметров модуляции.

3.3 Методическая погрешность частотного дальномера с оптимизацией параметров частотной модуляции.

3.3.1 Подсчёт числа периодов сигнала разностной частоты в фиксированном измерительном интервале времени.

3.3.2 Подсчёт числа периодов сигнала разностной частоты в

• интервале времени, кратном полупериоду модуляции.

3.3.3 Снижение методической погрешности путём коррекции результата расчёта расстояния.

3.4 Погрешность определения расстояния, обусловленная неточностью адаптации модуляции.

3.5 Влияние нелинейности модуляционной характеристики на методическую погрешность счётного метода измерения частоты.

3.5.1 Квадратичная модуляционная характеристика.

3.5.2 Колебательная модуляционная характеристика.

3.5.3 Квадратичная модуляционная характеристика с колебательной компонентой. ф 3.6 Влияние шума на точность определения расстояния дальномером с адаптивной частотной модуляцией.

3.7 Результаты численного моделирования частотного дальномера с адаптивной модуляцией излучаемых сигналов.

3.8 Выводы.

4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕСОВОЙ ФУНКЦИИ ДЛЯ

ВЕСОВОГО МЕТОДА УСРЕДНЕНИЯ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ

4.1 Вводные замечания.

Ф 4.2 Алгоритм весового усреднения разностной частоты.

4.3 Методическая погрешность определения расстояния.

4.4 Оптимизация весового метода усреднения разностной частоты по минимуму погрешности измерения расстояния.

4.5 Влияние шумов на погрешность весового метода усреднения разностной частоты.

4.6 Результаты численного моделирования частотного дальномера с оптимизацией весового метода усреднения разностной частоты.

4.7 Выводы.

• 5 МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯЦИИ И

ВЕСОВОЙ ФУНКЦИИ ПРИ ОЦЕНКЕ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ В СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ.

5.1 Постановка задачи.

5.2 Оценка разностной частоты по положению максимума спектра.

5.2.1 Метод определения погрешности оценки разностной частоты по положению максимума спектра СРЧ.

5.2.2 Методическая погрешность оценки разностной частоты по положению максимума спектра при весовых функциях

Дольфа-Чебышева и Кайзера-Бесселя.

5.2.3 Минимизация методической погрешности измерения на основе оптимизации параметров модуляции.

5.2.4 Минимизация погрешности измерения на основе оптимизации параметров весовой функции.

5.2.5 Результаты численного моделирования частотного дальномера с оценкой разностной частоты по положению максимума спектра.

5.3 Средневзвешенная оценка разностной частоты

5.3.1 Методическая погрешность средневзвешенной оценки разностной частоты.

5.3.2 Оптимизация средневзвешенной оценки разностной частоты по минимуму погрешности измерения.

5.3.3 Результаты численного моделирования частотного дальномера на основе средневзвешенной оценки частоты.

5.4Влияние шума на погрешность измерения расстояния при обработке СРЧ в спектральной области.

5.4.1 Влияние шума на погрешность измерения расстояния при оценке частоты по максимуму спектра СРЧ.

5.4.2 Влияние шума на погрешность измерения расстояния при средневзвешенной оценке разностной частоты.

5.5 Выводы.

6 МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫМ ДАЛЬНОМЕРОМ ПРИ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДУЛЯЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ ГЕНЕРАТОРА.

6.1 Вводные замечания.

6.2 Методы адаптивного управления напряжением модуляции.

6.2.1 Метод управления напряжением модуляции на основе измерения статической модуляционной характеристики.

6.2.2 Метод управления напряжением модуляции на основе измерения динамической модуляционной характеристики.

6.3 Методы учёта нелинейности модуляционной характеристики при расчёте расстояния.

6.3.1 Метод полиномиальной аппроксимации зависимости разностной частоты от времени.

6.3.2 Метод интерполяции положения крайних нулей сигнала разностной частоты.

6.4 Методы цифрового синтеза частоты зондирующего сигнала.

6.5 Выводы.

7 МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫМ ДАЛЬНОМЕРОМ ПРИ НАЛИЧИИ МЕШАЮЩИХ ОТРАЖЕНИЙ.

7.1 Вводные замечания.

7.2 Методы снижения влияния отражения от антенны.

7.3 Погрешность измерения, вызванная влиянием отражённой волны на режим работы генератора.

7.4 Метод адаптивной компенсации мультигармонической помехи

7.5 Использование алгоритмов параметрического спектрального анализа для повышения точности измерения расстояния.

7.6 Использование методов распознавания образов для повышения ф точности измерения расстояния.

7.7 Выводы.

8 МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

8.1 Вводные замечания.

8.2 Компьютерная модель частотного дальномера.

8.3 Аппаратура и методика для экспериментальной оценки характеристик частотных дальномеров.

8.3.1 Стенд для настройки и калибровки уровнемеров.

8.3.2 Методика проведения измерений. щ 8.4 Примеры практического применения рассмотренных методов сглаживания ошибки дискретности.

8.4.1 Реализация методов, основанных на выделении характерных точек сигнала разностной частоты.

8.4.2 Реализация спектрального метода оценки разностной частоты

8.5 Измерение уровня заполнения парка резервуаров.

8.6 Выводы.

Актуальность темы. В развитии радиолокационных систем с непрерывным излучением можно выделить три важнейших периода [1]. Впервые метод измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного (ЧМ) сигнала был предложен в 20-х годах прошлого столетия. Одним из первых является изобретение американского инженера Дж.О. Бентли, получившего патент [2] на «Индицирующую систему для измерения высоты аэроплана». В его предложении были все основные узлы радиодальномера с ЧМ; ЧМ передатчик, следящий фильтр, смеситель на нелинейном элементе, куда в качестве гетеродинного сигнала поступала часть мощности передатчика в результате просачивания между передающей и приёмной антеннами, усилитель сигнала разностной частоты и измеритель частоты, являющийся индикатором дальности. Такая система ближней радиолокации (СБРЛ) является очень простой и, следовательно, достаточно надежной. Отличительной чертой дальномера Бентли являлась синхронная электромеханическая (электромотором) перестройка частоты передатчика и гетеродина, а также небольшой диапазон измеряемой высоты.

Далее в работе для сокращения радиодальномер с непрерывным ЧМ сигналом будем называть ЧМ дальномером (ЧМД).

Практические применения этой идеи начались только к концу 1930-х годов, когда начал использоваться ультравысокочастотный диапазон, позволивший получить электрическую перестройку частоты на 20 - 30 МГц. Обработка сигнала в приемнике после смесителя осуществлялась в низкочастотной области. Именно это явилось фундаментальной причиной широкого применения ЧМ СБРЛ с непрерывным излучением в военной авиации до второй мировой войны, а после того - и в гражданской авиации.

Первый период в нашей стране приходится на начало эры радиолокации в 1932-1933 гг., в основном, только в военных целях. В это время Ю.К. Коровин и ряд других исследователей использовали непрерывное излучение радиоволн. Значительный теоретический вклад в развитие теории радиоприёма ЧМ сигналов внёс С.М. Рытов [3].

В конце 50-х годов прошлого века начался второй этап развития радиолокации при непрерывном излучении радиоволн. Большинство фундаментальных теоретических работ по ЧМ радиолокации было опубликовано до начала 60-х годов [4-15]. В этой работе принимали участие известные учёные: Винницкий А.С., Гоноровский И.С., Харкевич А.А., Богомолов А.Ф, Сивере А.П., Сайбель А.Г. и др. Интересной является работа Мухаммед Абд Аль-Вахаб Исмаила [12], подтолкнувшая развитие одного из методов обработки сигналов. Кроме отмеченных книг, публиковалось множество статей, которые невозможно перечислить, но вклад их авторов следует отметить. Эти работы заложили основы современной теории ЧМ радиолокации. В эти годы основное применение ЧМ радиолокаторы находили в высотометрии. Кроме этого ЧМ СБРЛ с непрерывным излучением разрабатывались для применений в морской навигации для торговых судов.

Новое применение ЧМ ближняя радиолокация с непрерывным излучением нашла, при измерении очень малых расстояний, от долей метра до нескольких метров [1, 16 - 18]. Первыми примерами таких применений явились, так называемые, дистанционные радиовзрыватели для артиллерийских снарядов и ракет, а также для систем определения движущихся целей. Многие применения стали возможными благодаря развитию микроэлектроники.

Интенсивное развитие различных отраслей промышленности и возникновение систем автоматического управления производственными процессами привели в конце 60-х годов прошлого века к началу третьего этапа, характерного широким применением радиолокационных устройств в промышленности [25 - 28]. Это различные системы измерения уровня заполнения технологических резервуаров (уровнемеры), системы точного позиционирования сложного технологического оборудования (портальные краны и пр.), системы определения расстояния до препятствий и скорости на транспорте (автомобильном, железнодорожном и морском) и т.д. Причём во многих случаях требуется осуществлять непрерывное бесконтактное слежение за расстоянием, а часто и скоростью его изменения. Часть этих задач может быть решена радиоволновыми методами, развитием которых занимались Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. [25]. Но весь спектр приложений могут реализовать только радиолокационные системы.

В то время доступная элементная база и состояние "холодной войны" не позволяли создать экономически выгодный прибор с необходимыми точностными характеристиками для промышленных целей. Однако возникающие проблемы стимулировали развитие электронных компонентов в СВЧ диапазоне.

Для измерения расстояния чаще всего применяются импульсные радиолокаторы и ЧМ радиолокаторы. Первые подобные применения радиолокации в промышленности появились на основе ЧМ радиолокаторов. И в дальнейшем наибольшая доля подобных производимых приборов приходится на долю ЧМД.

Пионерами в промышленном применении радиолокаторов были шведская фирма SAAB и голландская Enraf-Nonius [20, 27, 28], использовавшие их для измерения уровня заполнения различных технологических резервуаров. Фирма SAAB в 1975 году поставила на эксплуатацию свой первый уровнемер. До середины девяностых годов она произвела более 15000 уровнемеров. В 1976 году первый уровнемер создала немецкая фирма Krohne [28]. В этом же году получил задание на разработку уровнемера для танкеров Рязанский завод "Теплоприбор". Первые уровнемеры не обладали высокой точностью измерения. Их погрешность составляла единицы и даже десятки сантиметров. Только в начале девяностых годов была достигнута точность измерения 1 см [27]. Точность 2 см имел уровнемер "Луч-2" разработанный и освоенный в серийном производстве под руководством Б.А. Атаянца на заводе "Теплоприбор". Однако точность 1.2 см во многих случаях недостаточна для решения задач промышленности. Для увеличения точности измерения понадобился гораздо более высокий уровень развития СВЧ-техники и применение современных аппаратуры и методов цифровой обработки сигналов. На увеличение точности с 1 см до 1 мм ушло ещё почти 10 лет.

Потребности промышленности в таких приборах огромны. Невозможно перечислить все области их применения. Большой экономический эффект обеспечивается не только вследствие устранения ручных методов измерения, но и благодаря высокой надёжности, точности, оперативности и простоте внедрения в автоматизированные системы управления производством.

В настоящее время существует множество фирм за рубежом и в России, занимающихся выпуском подобных приборов и постоянно совершенствующих их характеристики. Это известные фирмы: германские KROHNE, Endress&Hauser и VEGA, голландская ENRAF, шведская SAAB TANK Control, американская ROSE-MOUNT, канадская Milltronics и др. В России разработкой подобных приборов занимались ранее: Рязанские заводы "Теплоприбор" и "Красное Знамя", Каменск-Уральское предприятие "Деталь", ГНПП "Исток" в г. Фрязино Московской области и ряд других. В настоящее время из них выпуском уровнемеров в достаточно больших масштабах занимаются только "Деталь" и ГНПП "Исток". Кроме них известны такие предприятия как АОЗТ "Лимако" в г. Туле и ООО "Предприятие Контакт-1" в г. Рязани.

Развитие выпускаемых приборов, в основном, находит своё отражение в патентной литературе и периодической печати. Отметим тут наиболее интересные работы [20-67]. Среди указанных .можно отметить работы российских учёных Кага-ленко Б.В., Мещерякова В.П., посвящённых исследованию ЧМД с двойной частотной модуляцией, ряд статей группы авторов ГНПП "Исток" [59-61], представляющих промышленно выпускаемый уровнемер миллиметрового диапазона длин волн и коллектив авторов из г. Тулы [62] под руководством С.А. Либермана, использующих цифровой синтез частоты передатчика и миллиметровый диапазон длин волн.

Среди опубликованных работ важными, определяющими основные этапы развития ЧМД промышленного назначения, можно считать работы [20, 22, 23, 32], основанные на весовом методе оценки разностной частоты; [21, 24], предлагающие дополнительную медленную фазовую модуляцию ЧМ сигнала; [22, 38, 51], использующие линию задержки в качестве опорного, эталонного канала; [28, 48, 54, 63], применяющие калибровочный режим работы для измерения и компенсации нелинейности модуляционной характеристики (MX) передатчика на основе так называемого режима ступенчатой частотной модуляции непрерывного сигнала (зарубежная аббревиатура - FSCW); [62, 63], использующие цифровой синтез частоты передатчика в режиме FSCW; [44, 46, 54 - 57], рассматривающие особенности работы частотных дальномеров в условиях наличия мешающих отражений на основе различных вариаций метода максимума правдоподобия или методов высокого разрешения (например метод MUSIC [54]). Наиболее активные и известные авторы -это D. Bruimbi и К.О. Edvardsson.

У нас в стране книги по теории ЧМ радиолокаторов были изданы в шестидесятых - семидесятых годах прошлого века. Кроме работ, перечисленных выше, можно назвать [18, 67, 68]. Наиболее известная и основательная из всех - это монография Виницкого А.С. [4]. Однако в этих работах не отражены современные методы формирования и обработки сигналов, учитывающие революционные изменения в элементной базе. В конце восьмидесятых годов опубликована монография [69]. В ней на серьёзном уровне рассмотрены основы теории и принципы построения радиотехнических систем обнаружения и измерения ближнего действия, и особенности реализации систем, предназначенных для измерения параметров движения транспортных средств и охранных радиотехнических систем. В последнее время появился учебник для ВУЗ-ов [70], написанный Бакулевым П.А. В нём основы частотной радиодальнометрии изложены на современном уровне, но очень лаконично. За рубежом можно отметить работы [71, 72]. Причём работа [72] написана ведущим специалистом фирмы Krohne, издана на самой фирме и мало доступна широкому кругу специалистов. Последней серьёзной работой можно считать монографию российских авторов Комарова И.В. и Смольского С.М. [73], изданную за рубежом. В ней применительно к радиолокационным системам измерения малых расстояний рассматриваются теоретические основы обработки принятого сигнала и передающие устройства на основе автодинного принципа работы. Поэтому существует необходимость теоретического осмысления последних достигнутых результатов и обобщения разрозненных сведений, имеющихся в литературе и полученных автором в процессе работы над новыми приборами.

Специфика применения ЧМД в промышленных системах ближней радиолокации заключается в следующем:

• Диапазон измеряемых расстояний составляет величину от долей метра до 30-г50 метров при требуемой точности измерения от единиц сантиметров до одного миллиметра и даже до долей миллиметра.

• Во многих случаях измерения проводятся в сложных помеховых ситуациях, часто в замкнутых объёмах при наличии различного рода мешающих отражателей. Наблюдается множество переотражений от этих элементов. Если при измерении уровня контролируемый материал имеет невысокое значение диэлектрической постоянной и слабо поглощает радиосигнал, то наблюдается ещё и отражение от дна резервуара.

• Приём сигнала осуществляется на фоне шумов, возникающих в первых каскадах СВЧ узлов и фазовых шумов передатчика.

• На результат измерения сильное влияние оказывает нелинейность MX передатчика.

• Измерения необходимо проводить в условиях значительного изменения параметров окружающей среды (температуры, влажности и давления) и среды в рабочей зоне, в условиях повышенной запылённости среды распространения радиоволн и наличия пара и конденсата влаги и отложения пыли на антенне.

• Для обработки имеется ограниченный объём отсчётов сигнала, причём на очень малой измеряемой дальности для анализа могут быть получены всего несколько периодов сигнала (З-г-4 периода и менее).

• Достижение высокой точности измерения требует применения довольно сложных алгоритмов обработки сигналов. Тем не менее, результат должен быть получен в темпе динамики технологического процесса или восприятия информации человеком.

• Разрабатываемые алгоритмы должны быть практически реализуемы на доступной элементной базе при выполнении условия экономической эффективности применения приборов.

Таким образом, можно утверждать, что речь идёт о новой области применения частотной радиолокации.

Исходя из вышесказанных соображений, в представленной диссертации поставлена и решена проблема разработки научно-методических основ повышения точности измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного сигнала в промышленных системах ближней радиолокации, создания и внедрения в серийное производство прецизионных дальномеров, которые можно применять в сложных условиях функционирования и выяснения предельных возможностей таких систем с учётом влияния мешающих факторов.

Цели и задачи работы. Целью работы является создание научно-методических основ для проектирования и разработки прецизионных промышленных ЧМ радиодальномеров малых и сверхмалых расстояний, методов формирования и обработки сигналов, обеспечивающих повышение точности измерения расстояния, внедрения научных результатов в производство и проверка полученных результатов на реальных образцах дальномеров.

Основные задачи исследования:

1. Разработка моделей сигналов и помех, учитывающих особенности работы ЧМД различного назначения в СБРЛ.

2. Разработка методов оптимизации ЧМД, основанных на принципе адаптации, позволяющих более полно реализовать потенциальные возможности исследуемых систем.

3. Оптимизация наиболее известных простых методов сглаживания дискретной ошибки, основанных на обработке сигнала разностной частоты во временной области.

4. Оптимизация методов обработки сигналов разностной частоты в частотной области с использованием современных достижений спектрального анализа, позволяющих минимизировать погрешность измерения расстояния.

5. Анализ особенностей работы устройств частотной дальнометрии с нелинейной модуляционной характеристикой генераторов и разработка алгоритмов, позволяющих снизить влияние нелинейности или учесть её при расчёте расстояния.

6. Разработка и исследование методов и алгоритмов обработки сигнала разностной частоты при наличии мешающих отражений и оценка обеспечиваемой ими точности измерения расстояния.

7. Проверка полученных теоретических результатов методами математического и численного моделирования, а также проведением широких экспериментальных исследований.

8. Практическая реализация предложенных алгоритмов и конкретных устройств на современной элементной базе.

Методы исследования. При проведении исследований использовался математический аппарат теории случайных процессов, методы математической статистики, методы функционального анализа и оптимизации, теории динамических систем, математический аппарат аналитических функций, методы математического и численного моделирования, а также методы экспериментального сопоставления теоретических и опытных характеристик.

Основные технические решения, которые положены в основу разрабатываемых устройств, исследовались методом имитационного и натурного моделирования с использованием макетных, опытных и серийных образцов частотных радиодальномеров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Вероятностная модель радиолокационной цели позволяющая выявить характеристики феноменологической модели цели, обеспечивающие условия возникновения всех её частных случаев, выполнить аппроксимацию этих частных случаев бета-распределением и доказать, что закон распределения нормированных энергетических характеристик радиосигнала является обобщением известного распределения Дирихле.

2. Метод формирования и обработки сигналов частотного радиодальномера, обеспечивающий снижение методической погрешности измерения на один - два порядка в результате устранения скачков фазы сигнала разностной частоты с помощью оптимизации параметров частотной модуляции на основе анализа параметров сформированного и принятого сигналов и адаптации к изменяющейся обстановке.

3. Эффективный критерий, метод и результаты оптимизации параметров весовых функций произвольной формы для весового метода усреднения разностной частоты и для спектрального метода оценки разностной частоты, позволяющие в беспомеховой ситуации и на фоне шума выполнить адаптивное изменение формы весовой функции и параметров частотной модуляции при изменении расстояния, обеспечивающие снижение методической погрешности измерения от десятков процентов до нескольких порядков.

4. Методы формирования сигналов с линейной ЧМ при нелинейной MX и учёта её нелинейности в алгоритме расчёта расстояния, основанные на непрерывном анализе неравномерности периодов СРЧ и её оперативном учёте для формирования компенсирующей добавки к модулирующему напряжению или расчёта расстояния, позволяющие обеспечить высокую точность измерения расстояния.

5: Разработанные алгоритмические и аппаратные методы снижения влияния отраженного сигнала на погрешность измерения расстояния, позволяющие на два порядка уменьшить погрешности измерения, специфические для частотного радиодальномера, и рекомендация, что при наличии мешающих отражателей достаточно надёжные измерения можно производить с использованием комплексного подхода, предполагающего компенсацию помех, использование параметрических методов высокого разрешения и методов распознавания образов.

6. Компьютерная модель устройств обработки сигналов в частотной радио-дальнометрии, позволяющая проводить сравнительный анализ возможных вариантов построения ЧМД, выбирать наиболее рациональные методы формирования и обработки сигнала и оценивать достижимую погрешность измерения.

7. Новые технические решения промышленной аппаратуры, реализованные в семействе ЧМ уровнемеров "Барс" и внедряемые в новые приборы, защищённые патентами РФ, и обеспечивающие удовлетворение широкого диапазона требований потребителей по точности измерения и особенностям реального применения.

Таким образом, в диссертации, по мнению автора, решена крупная научная проблема разработки научно-методических основ повышения точности измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного сигнала в промышленных системах ближней радиолокации, создания реализуемых прецизионных дальномеров, которые можно применять в сложных условиях функционирования и выяснения предельных возможностей таких систем с учётом влияния мешающих факторов, имеющая важное хозяйственное значение.

Научная новизна полученных результатов.

Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в том, что в ней впервые:

1. Предложено описание характеристик известной феноменологической модели радиосигнала, позволившее связать её параметры с параметрами закона распределения огибающей радиосигнала и выявить условия возникновения всех частных вариантов этого закона, выполнена аппроксимация известного сложного закона распределения огибающей радиосигнала более простым законом распределения, охватывающим все его частные варианты, и для нормированных энергетических параметров сигнала получено неизвестное ранее обобщенное распределение Дирихле.

2. Предложен и обоснован метод оптимизации формирования и обработки сигналов частотного дальномера, обеспечивающий минимизацию погрешности измерения на основе анализа вектора параметров сформированного и принятого сигналов и адаптации к изменяющейся обстановке. Применение этого метода в конкретных случаях позволило разработать новый метод сглаживания ошибки дискретности на основе "сшивания" фазы сигнала разностной частоты на границах полупериодов линейной ЧМ, и метод и эффективный критерий оптимизации параметров весовых функций для сглаживания ошибки дискретности на основе весовой оценки разностной частоты.

3. Предложен новый метод оптимизации параметров оконных функций и параметров частотной модуляции при спектральной обработке сигнала разностной частоты, минимизирующий погрешность измерения расстояния.

4. Разработан метод осуществления линейной частотной модуляции излучаемого сигнала при нелинейной модуляционной характеристике генератора, новым в котором является формирование корректирующего сигнала по степени неравномерности периодов рабочего сигнала разностной частоты, и методы учёта нелинейности модуляционной характеристики генератора при расчёте расстояния по результатам измерения положения характерных точек сигнала разностной частоты внутри периода модуляции.

5. Выявлены источники дополнительной погрешности измерения расстояния, специфичные для частотного дальномера, разработаны методы оценки этой дополнительной погрешности, и предложены технические и алгоритмические решения, позволяющие снизить погрешность.

6. Разработана эффективная методика обработки сигнала при наличии мешающих отражателей, позволяющая уменьшить погрешность измерения и заключающаяся в компенсации мешающих сигналов, использовании параметрических методов высокого спектрального разрешения и методов распознавания образов.

7. Разработана компьютерная модель частотного радиодальномера, учитывающая специфику методов формирования и обработки сигналов и наличие мешающих факторов, позволяющая объективно проверять полученные результаты при проведении теоретических исследований и существенно упростить процедуру выбора параметров при проектировании конкретного дальномера.

8. Предложен новый метод дистанционного измерения уровня заполнения парка резервуаров разного типа с помощью одного измерительного прибора, полностью исключающий необходимость присутствия обслуживающего персонала в рабочей зоне. Это позволяет применять измерительную систему, созданную на его основе в экологически опасных условиях.

9. На основе полученных теоретических результатов разработаны, доведены до серийного производства и сертифицированы конкретные реализации дальномеров различного класса точности, поставляемые промышленным предприятиям России и за рубеж, что свидетельствует о внутреннем единстве научных и практических результатов. Ряд конкретных образцов приборов отмечен дипломами международных промышленных выставок.

Все технические решения, являющиеся итогом полученных в диссертации научных результатов, защищены патентами и авторскими свидетельствами на изобретения, в которых соискатель является действующим соавтором.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Полученные результаты развивают теорию частотной радиодальнометрии в промышленных системах ближней радиолокации и могут непосредственно применяться при проектировании новых частотных радиодальномеров различного функционального назначения, что показано в главе 8.

Реализация научных результатов и практических рекомендаций диссертации позволяет увеличить точность измерения расстояния, уменьшить влияние различных возмущающих факторов и повысить стабильность работы частотных дальномеров.

Полученные результаты внедрены:

• в учебный процесс рязанской государственной радиотехнической академии в виде отдельных разделов курса "Цифровая обработка сигналов" и учебного пособия "Цифровая обработка сигналов частотного дальномера" для курсового проектирования по указанному курсу;

• на рязанском приборостроительном предприятии ООО "Контакт-1" при разработке под руководством соискателя трёх поколений уровнемеров, обеспечивающих погрешность измерения 5 см (Барс 322), 5 мм (Барс 331/332) и 1 мм (Барс 352). На каждый прибор разработаны ТУ и комплект конструкторской документации в соответствии с ЕСКД. На приборы получены сертификаты соответствия в НАНИО "Центр по сертификации взры-возащищённого и рудничного оборудования" и получены разрешения на применение на поднадзорных Госгортехнадзору России производствах и объектах.

Все приборы востребованы промышленностью. К настоящему времени на предприятиях России и за рубежом работают более 600 уровнемеров Барс 322 и более 50 уровнемеров Барс 331/332. Уровнемер Барс 352 подготовлен к серийному выпуску и проходит промышленные испытания.

Акты внедрения приложены к диссертации, а их копии приведены в приложении Т.

Вклад автора в разработку проблем.

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, включенные в текст диссертации, предложены соискателем. В большинстве результатов публикаций, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит решающая роль, в остальных вклад соискателя эквивалентен вкладу других соавторов.

Программные средства, использованные при анализе научных результатов и моделировании алгоритмов обработки сигналов, разработаны непосредственно автором или под его руководством.

Технические решения, вытекающие из теоретических результатов диссертации, разработаны лично автором или при его непосредственном участии и руководстве.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• XI Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. (Казань, 1975);

• Всесоюзной конференции "Методы и аппаратура для измерения сдвига фаз и частоты сигналов" ( Красноярск, 1979);

• республиканской НТК "Моделирование в задачах радиолокации и интроскопии неоднородных сред" (Свердловск, 1983);

• Всесоюзной НТК "Дистанционное зондирование земных покровов радио методами" (Москва, 1985);

• Всесоюзной НТК "Радиоэлектроника и связь на службе качества" (Свердловск, 1988);

• Международной конференции Международной академии информатизации "Технологии и системы сбора, обработки и представления информации" (Рязань, 1993);

• XIII научно-технического семинара "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Рязань, 1994);

• VI, VII, XIII Международной НТК "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Гурзуф, 1994, 1995, 2001);

• Всероссийской НТК "Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники" (Рязань, 1996);

• VI-й, VIII-й Международной НТК "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2000, 2002);

• Ш-й, V-й, VI-й, VII-й Международной НТК "Цифровая обработка сигналов и её применение" (Москва, 2000, 2003, 2004, 2005);

• международной конференции "Датчики и системы" (Санкт-Петербург, 2002);

• 12-й Международной конференции "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 2002);

• 1-го и 2-го Международного Радио электронного Форума "Прикладная Радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития" (Харьков, 2002, 2005);

• Международной НТК "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Москва, 2003);

• II, Ш международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" (Самара, 2003; Волгоград, 2004 );

• Всероссийской научной конференции "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром, 2003).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 88 работах, среди которых 23 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК, 3 статьи в зарубежных изданиях, одна депонированная рукопись, 10 статей в региональных научно-технических сборниках статей, 34 текстов докладов и тезисов докладов на научно-технических конференциях, 16 патентов и авторских свидетельств на изобретения и одно учебное пособие.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, библиографии из 250 наименований и 16 приложений. Содержание работы изложено на 279 страницах основного текста, дополненных 134

8.6 Выводы

1. Разработанная компьютерная модель частотного дальномера позволяет моделировать практические ситуации, методы обработки сигнала и возможные дестабилизирующие факторы, типичные для ближней частотной радиолокации, обеспечивая при этом оценку отдельных составляющих погрешности измерения расстояния и позволяя анализировать свойства дальномера и осуществлять на этапе проектирования выбор наиболее рациональных вариантов реализации требуемых точностных характеристик. Структура модели позволяет наращивать её возможности путём подключения новых блоков, осуществляющих формирование сигналов, их искажение и обработку в соответствии с вновь изучаемыми алгоритмами.

2. Разработана аппаратура для настройки и калибровки частотных дальномеров, минимизирующая влияние внешних отражений на результаты измерения и позволяющая достоверно оценивать реальные точностные характеристики в диапазоне дальностей и при разных типах отражателей.

3. Предложена методика оценки погрешности измерения расстояния, дополняющая существующую стандартную методику и позволяющая учесть влияние фонового отражения в измерительном зале.

4. На основе метода сшивания фазы СРЧ разработан преобразователь уровня радиоволновый Барс 322, с погрешностью измерения расстояния ±5 см в диапазоне дальностей 1. .30 м, защищённый двумя патентами РФ.

5. На основе метода весового усреднения разностной частоты и метода учёта нелинейности модуляционной характеристики разработан уровнемер радиоволновый Барс 332, с погрешностью измерения расстояния ±5 мм в диапазоне дальностей 1 .30 м, защищённый двумя патентами РФ.

6. С использованием цифровой обработки сигналов и цифрового синтеза частоты излучаемого сигнала разработан преобразователь уровня радиоволновый

343

Барс 352, реализующий метод цифрового спектрального анализа, с погрешностью измерения расстояния ±1 мм в диапазоне дальностей 1.30 м, защищённый тремя патентами РФ.

7. Предложен оригинальный метод контроля уровня заполнения парка резервуаров с помощью одного активного прибора и набора пассивных ретрансляторов и структурная схема системы контроля, реализующей этот метод, основные технические решения которой защищены двумя патентами РФ. h i lw

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе созданы научно-методические основы для проектирования и разработки прецизионных промышленных ЧМ радиодальномеров малых и сверхмалых расстояний. Основные научные положения диссертации сводятся к следующему:

1. Исследованы статистические свойства радиолокационных отражателей и предложена вероятностная модель элементарных отражателей, позволяющая чётко указать условия возникновения частных случаев известной феноменологической модели радиосигнала. Предложена аппроксимация известного сложного закона распределения огибающей радиосигнала, обеспечивающая более высокую точность по сравнению с известными аппроксимациями. Получен многомерный закон распределения нормированных параметров радиосигнала, обобщающий известный теоретический закон распределения и названный обобщённым распределением Дирихле. Исследованы его основные характеристики и условия превращения в известное распределение Дирихле.

2. Рассмотрены возможные источники помеховых сигналов и показано наличие помех, характерных для частотного дальномера. Одна помеха названа виртуальным отражателем, так как она проявляется как некоторый мешающий отражатель, расположенный непосредственно перед полезным, хотя на самом деле его там нет. Вторая помеха проявляется в искажении формы закона модуляции, вызванном попаданием отражённой от цели эхо волны в резонансную систему передатчика.

3. Сформулирована задача оптимизации процедуры формирования и обработки сигналов частотного дальномера на основе анализа свойств излучаемого и принимаемого сигналов, позволившая разработать и проанализировать метод адаптивного управления параметрами модуляции, обеспечивающий отсутствие скачков фазы в сигнале разностной частоты ("сшивания" фазы СРЧ) на выходе смесителя, и позволяющий в 10. 100 раз снизить погрешность измерения расстояния с помощью известного счётного метода оценки разностной частоты.

4. Проведён анализ методической погрешности метода весового усреднения разностной частоты для весовой функции произвольного типа, сформулирован критерий и предложен метод оптимизации параметров весовой функции. Результаты оптимизации показывают высокую эффективность предложенного метода оптимизации на малых и сверхмалых дальностях и снижение чувствительности к влиянию шума. Теоретические результаты совпадают с результатами имитационного моделирования.

5. Выполнен анализ погрешности измерения расстояния для спектрального метода оценки разностной частоты. Использованы известные оценки частоты по максимуму спектра СРЧ и средневзвешенная оценка. Для них получены выражения для методической погрешности измерения и предложен метод оптимизации параметров модуляции и весовой функции в каждой точке дальности. Разработаны процедуры применения указанных методов оптимизации при проведении измерений, заключающиеся в последовательном уточнении параметров весовых функций. Разработана процедура комбинированной оптимизации, объединяющая два метода. Предложен метод упрощенной оптимизации, обеспечивающий достаточный выигрыш по степени снижения погрешности измерения расстояния. Все теоретические результаты подтверждены имитационным моделированием.

6. Предложены методы снижения погрешности измерения, вызванной нелинейностью модуляционной характеристики передатчика. Разработана процедура оперативной адаптивной коррекции формы модулирующего напряжения по результатам измерения неравномерности периодов СРЧ и численным методом показана её эффективность. Разработаны два метода учёта нелинейности модуляционной характеристики при расчёте расстояния, основанные на анализе взаимного расположения характерных точек СРЧ и двух вспомогательных точек, соответствующих двум эталонным частотам. В одном методе используется аппроксимация зависимости частоты излучаемого сигнала от времени с помощью степенного многочлена и определения коэффициентов этого многочлена по положению характерных точек. Во втором методе используется параболическая интерполяция для определения положения эталонных точек внутри крайних периодов СРЧ.

7. Проанализированы ошибки, вызываемые виртуальным отражателем и воздействием отражённого сигнала на генератор передатчика и предложены методы их снижения. Рассмотрены перспективные методы снижения негативного влияния мешающих отражений путём компенсации сигналов на выходе смесителя, порождаемых мешающими отражателями, использования методов параметрического спектрального анализа и методов распознавания образов.

8. Создана компьютерная модель частотного дальномера, позволяющая получать надёжные и достоверные оценки точностных характеристик различных методов сглаживания ошибки дискретности при наличии комплекса мешающих факторов. Структура модели позволяет наращивать её возможности путём добавления новых модулей, имитирующих новые методы или воздействия.

9. Выполнено практическое применение частотных дальномеров для решения конкретной промышленной задачи измерения уровня заполнения различных технологических резервуаров. На основе рассмотренных методов сглаживания ошибки дискретности созданы три семейства подобных приборов. В преобразователе уровня радиоволновом Барс 322 для сглаживания ошибки дискретности используется метод сшивания фазы и при этом погрешность измерения не превышает 5 см. В уровнемере Барс 332 используется весовое усреднение разностной частоты с оптимизацией параметров весовой функции и учёт нелинейности модуляционной характеристики при расчёте расстояния. Погрешность измерения расстояния при этом не превышает 5 мм. В преобразователе уровня радиоволновом Барс 352 используется цифровой синтез частоты излучаемого сигнала и цифровой спектральный анализ с оптимизацией параметров весовой функции по упрощенному методу. Погрешность измерения расстояния не превышает 1 мм.

10.Разработан метод измерения уровня в парке резервуаров с помощью одного активного измерительного прибора, осуществляющего поочерёдный опрос пассивных ретрансляторов, установленных на каждом резервуаре. Пассивные ретрансляторы формируют из принятого ЧМ сигнала и излучают в обратном направлении два сигнала, разность частот которых пропорциональна измеряемому уровню. В активном измерительном приборе принятые пары сигналов, соответствующие каждому отдельному резервуару выделяются с помощью переноса частоты и фильтрации, подаются на нелинейный элемент и разностная частота обрабатывается обычным образом.

Полученные результаты являются новыми, не известными в научно-технической литературе и получены лично автором. Они существенно расширяют знания о методах формирования и обработки сигналов в ближней частотной радиолокации с использованием принципов оптимизации и адаптации с учётом мешающих факторов и могут с успехом применяться для разработки современных точных частотных дальномеров. Достоверность этих результатов подтверждается результатами имитационного моделирования и экспериментальной проверкой.

В целом можно сказать, что на основании выполненных автором исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы разработки научно-методических основ повышения точности измерения расстояния с помощью непрерывного частотно-модулированного сигнала в промышленных системах ближней радиолокации, создания реализуемых прецизионных дальномеров, которые можно применять в сложных условиях функционирования и выяснения предельных возможностей таких систем с учётом влияния мешающих факторов, имеющей важное хозяйственное значение.

Полученные научные результаты внедрены:

- в учебный процесс Рязанской радиотехнической академии в виде отдельных разделов курса "Цифровая обработка сигналов" и в виде учебного пособия [219] для курсовой работы по указанному курсу; копия акта внедрения приведена в приложении Т;

- на предприятии ООО Контакт-1 при разработке семейства радиоволновых уровнемеров серии "Барс", неоднократно награждённых дипломами международных выставок, приведённых в приложении С; копия акта внедрения приведена в приложении Т.

1. Patent 2,011,392, USA. Airplane Altitude Indicating System / Bentley, J. O., issued August 13, 1935, application August 10, 1928.

2. Рытов С.М. Частотная модуляция.// ЖТФ. 1933. - Т. 3, № 8.

3. Виницкий А.С. Очерк основ радиолокации при непрерывном излучении радиоволн. М.: Советское радио, 1961. - 495 с.

4. Рытов С.М. Модулированные колебания и волны. // Труды ФИАН. 1940. - Т. II, №1.

5. Гоноровский И.С. Частотная модуляция и её применение. М.: Связьиздат, 1948.

6. Радиолокационная техника (пер. с англ.), ч I и II.- М.: Советское радио. 1949.

7. Luck D.G. Frequency Modulated Radar. McGraw-Hill, N.Y. - 1949.

8. Харкевич А.А. Спектры и анализ, 4 изд. М.: Физматгиз, 1962. - 235 с.

9. Богомолов А.Ф. Основы радиолокации.- М.: Советское радио, 1954. 302 с.

10. Кальмус Г., Качерис Дж., Дропкин Г. Частотно-модулированный альтиметр с недискретным отсчётом // Вопросы радиолокационной техники. 1954. - № 3.

11. Мухаммед Абд Аль-Вахаб Исмаил. Радиолокационный высотомер с двойной частотной модуляцией. М.: Изд-во иностранной литературы, 1957. - 135 с.

12. Сайбель А.Г. К теории частотных радиовысотомеров.- Труды МАИ. Оборон-гиз, 1957.

13. Астафьев Г.П., Шебшаевич B.C., Юрков Ю.А. Радионавигационные устройства и системы. М.: Советское радио, 1958.

14. Сайбель А.Г. Основы радиодальнометрии. М.: Оборонгиз, 1960. - 114 с.

15. Астафьев Г.П., Шебшаевич B.C., Юрков Ю.А. Радиотехнические средства навигации летательных аппаратов. М.: Сов. Радио, 1962.- 964 с.

16. Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем. М.: Мир. 1965. -747 с.

17. Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами / Гут-кин J1.C., Борисов Ю.П., Валуев А.А., Зиновьев А.Л., Лебедев B.JI., Первачёв С.В., Полищук Е.П., Пономарёв Д.А.; под общей ред. JI.C. Гуткина. М.: Сов. радио, 1968.

18. Коган И.М. Ближняя радиолокация. (Теоретические основы). М.: Сов.радио, 1973.-272 с.

19. Пат. 381745 Швеция. МКИ G01S 9/24. Satt och anerdning for avstandsmatning med frekvens-modulerade kontinuerliga mikrovagor / K.O. Edvardson № 73156499; заявлено 20.11.73. Опубл. 15.12.75.

20. Schilz W., Jacobson R., Schiek B. Mikrowellen Entfernungsmebsystem mit ±2,5 mm Genauigkeit // Mikrowellen Magazin. 1976. - № 2. S. 102 -107.

21. Patent 4044355 USA. Int. CI. GO IS 9/24. Measurement of contents of tanks etc. with microwave radiations / K.O. Edvardsson. Filed Feb. 13, 1976. Date of Patent -Aug. 23,1977.

22. Edvardson K.O. An FMCW radar for accurate level measurements // 9-th Eur. Microwave conf. Brighton. 17-19 sept. 1979. - P. 712-715.

23. Imada H., Kawata Y. New Measuring Method for a Microwave Range Meter // Kobe Steel Eng. Repts. 1980. - Vol. 30. № 4. - P. 79-82

24. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков A.C. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат. 1989. - 208 с.

25. Королёв А.Н. Работы ГНПП "Исток" в области ближней радиолокации // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1998. - Вып. 1(471). - С.3-14.

26. Johanngeorg О. Radar application in level measurement, distance measurement and nondestructive material testing // 27-th European microwave conference. September 8-12, 1997. P.l 113-1121.

27. Brumbi D. Measuring Process and storage tank level with radar technology // Record of the IEEE 1995 Int. Radar Conference. Alexandria, Virginia, USA. Record of the IEEE.- 1995.-P. 256-260.

28. Марфин В.П., Кузнецов В.И., Розенфельд Ф.З. СВЧ уровнемер // Приборы и системы управления. 1979. № 11. с. 28-29.

29. Кагаленко Б.В., Марфин В.П., Мещеряков В.П. Частотный дальномер повышенной точности // Измерительная техника. 1981. - № 11. С. 68

30. А.с. 1123387 СССР, МКИ G01S 13/34. Радиодальномер / Б.В. Кагаленко, В.П. Мещеряков. Опубл. 07.10.84. Бюл. №41.

31. Заявка 30-1591 Япония, МКИ G01S 13/34. Способ измерения дальности при помощи частотно-модулированного сигнала и радиолокационная станция с частотной модуляцией / Изобретения стран мира. 1985. № 15. С.29.

32. Заявка 60-1592 Япония, МКИ G01S 13/34 Способ измерения дальности при помощи радиолокационной станции с двойной частотной модуляцией / Изобретения стран мира. 1985. № 15. С.29.

33. А.с. 1141354 СССР, МКИ G01S 13/08. Частотно-модулированный радиодальномер / Б.В. Кагаленко, В.П. Мещеряков. Заявл. 03.05.83. Опубл. 23.02.85. Бюл. № 7.

34. Марфин В.П., Кияшев А.И., Розенфельд Ф.З., Израильсон В.М., Атаянц Б.А., Кагаленко Б.В., Мещеряков В.П. Радиоволновый бесконтактный уровнемер повышенной точности. // Измерительная техника. 1986. - № 6. С. 46-48.

35. А.с. 1230423 СССР, МКИ G01S 13/34, 13/08. Радиодальномер с частотной модуляцией / Б.В. Кагаленко, В.П Мещеряков. Заявл. 13.07.84. Опубл. 7.05.86. Бюл. №17.

36. Patent 4737791 USA. Int. CI. GO IS 13.08. Radar Tank Gauge / B.R. Jean, R.W. Newton, A.J. Blanchard, B.V. Clark, G.L. Warren. Filed Feb. 19, 1986. Date of Patent-Apr. 12, 1988.

37. А.с. 1642250 СССР, МКИ G01F 23/28. Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня поверхности сред / Б.В. Лункин, Д.В. Хаблов, А.И. Канарев. № 4678472/10; Заявл. 14.04.89; Опубл. 15.04.91. Бюл. № 14.

38. А.с. 1700379 СССР, МКИ G01F 23/28. Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня и устройство для его осуществления / Д.В. Хаблов. №4773382/10, 4773381/10; Заявл. 24.12.89; Опубл. 23.12.91. Бюл. № 47.

39. Комаров В.М., Плохих А.П., Андреева Т.М. Радиолокационные измерители высоты и наклонной дальности с непрерывным частотно-модулированным излучением. // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. - № 12. С. 52 - 70.

40. Patent 5070730 USA, Int. CI. G01F 23/28. Device for level gauging with microwave / K.O. Edvardsson. № 613574; Filed Mar. 27, 1990; Date of patent - Dec.10, 1991.

41. Patent 5136299 USA, Int. CI. G01S 13/08. Device of radar level gauge / K.O. Edvardsson. № 687914; Filed Jan. 11,1990; Date of patent - Aug. 4, 1992.

42. Woods G.S., Maskell D.L., Mahoney M.V. A high accuracy microwave ranging system for industrial applications // IEEE Trasactions on instrumentation and measurement. August 1993. Vol. 42. № 4.

43. Patent 5321408 USA, Int. CI. G01S 13/08. Microwave apparatus and method for ullage measurement of agitated fluids by spectral averaging / B.R. Jean, G.L. Warren. №999680; Filed-Dec. 31, 1992; Date of patent- Jun. 14,1994.

44. Bialkovski M.E., Stuchly S.S. A study into a microwave liquid level gauging system incorporating a surface waveguide as the transmission medium. // Singapore ICCS'94. Conferece Proceedings. Vol. 3. 1994. P. 939.

45. Stuchly S., Bialkovski M., Caputa K., Guo W. Microwave level gauging system. // 10th international microwave conference MIKON-94. Vol. 2. Poland. 1994. P. 530.

46. Stolle R., Heuermann H., Schiek B. Novel algorithms for FMCW range finding with microwaves // Microwave systems conference IEEE NTC'95. 1995. P. 129.

47. Patent 5387918 USA, Int. CI. GO IS 13/32. Method and an arrangement for measuring distances using the reflected beam principle / W. Wiesbeck, J. Kehrbeck, E. Heidrich. №956882. Filed . Apr. 15, 1992. Date of patent Feb. 7, 1995.

48. Patent 5406842 USA, Int. CI. GO IF 23/28. Method and apparatus for material level measurement using stepped frequency microwave signals / J.W. Locke. №132981. Filed-Oct. 7, 1993. Date of patent-Apr. 18, 1995.

49. Vossiek M., Heide P., Nalezinski M., Magori V. Novel FMCW radar system concept with adaptive compensation of phase errors // 26th EuMC. Prague. Czech Republic. -1996.- P.135.

50. Stolle R., Schiek B. Precision ranging by phase processing of scalar homodyne FMCW raw data // 26th EuMC. Prague. Czech Republic. 1996. - P. 143.

51. Chengge Z., Yeshu Y., Xinchao Z., Xin W. A method for target estimation of level radar // International conference of radar proceedings. ICR'96. Beijing, China. -1996. P.270273.

52. Patent 5504490 USA, Int. CI. GO IS 13/08. Radar method and device for the measurement of distance / J.-C. Brendle, P. Cornic, P. Crenn. №414594; Filed Mar. 31, 1995; Date of patent - Apr. 2,1996.

53. Patent 5546088 USA, Int. CI. G01S 13/18. High-precision radar range finder / G. Trummer, R. Korber. №317680; Filed Oct. 5, 1994; Date of patent - Aug. 13, 1996.

54. Weib M., Knochel R. Novel methods of measuring impurity levels in liquid tanks // IEEE MTT-S International microwave symposium digest. 1997. - Vol. 3. P. 16511654.

55. Weib M., Knochel R. A highly accurate multi-targey microwave ranging system for measuring liquid levels in tanks // IEEE MTT-S International microwave symposium digest. 1997. -Vol.3. P. 1103-1112.

56. Kielb J.A., Pulkrabek M.O. Application of a 25 GHz FMCW radar for industial control and process level measurement // IEEE MTT-S International microwave symposium digest. 1999. - Vol. 1. - P.281-284.

57. Дзилиев А., Хасянов А., Потапов А. Радарные уровнемеры промышленного назначения. Проблемы серийного производства / ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 1998. - № 3-4. С. 35-37.

58. Патент 2126145 РФ, МКИ G01F 23/284. Уровнемер / С.А. Либерман, В.Л. Ко-стромин, С.А. Новиков, А.В. Либерман, Ю.Г. Нечепуренко, Г.В. Алексин № 97114261/28; Заявл. 20.08.97; Опубл. 10.02.99, Бюл. № 4.

59. Bruimbi D. Low power FMCW radar system for level gauging //2000 IEEE MTT-S International microwave symposium digest. 2000. - vol. 3P. - 1559-1562.

60. Patent 6107957 USA, Int. CI. GO IS 13/26. Radar level gauge / Cramer S., Glufh R., Schake Т., Richter B.E. (Germany). № 09/150,673; Filed Jun. 26, 1998; Date of Patent-Aug. 22, 2000.

61. Oreans L., Heide P. Neuartigez radar-fullstand-messgerat auf basis von 24-GHz-technologie // Technisches Messen 67. 2000. - № 5. P.214-219.

62. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радио-высотометрии / Под ред А.П. Жуковского. М.: Сов. Радио. 1979. - 320 с.

63. Финкелыитейн М.И. Основы радиолокации. 2-е изд. М.: Радио и связь, 1983. -536 с.

64. Шелухин О.И. Радиосистемы ближнего действия. М.: Радио и связь, 1989. -236 с.

65. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. (Учебник для ВУЗов). М.: Радиотехника. 2004. - 320 с.

66. Skolnik M.I. Introduction to Radar Systems. McGraw-Hill. 1980.

67. Brumbi D. Fundamentals of Radar Technology for Level Gauging. 3-rd Revision. -Krohne Messtechnik, Duisburg. 1999.

68. Komarov I.V., Smolskiy S.M., Fundamentals of Short-Range FM Radar.- Artech House Publishers; Norwood, MA. 2003. 289 p.

69. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Наука, 1970. 720 с.

70. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JL: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

71. Соколинский B.C., Шейнкман В.Г. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. М.: Радио и связь, 1983. - 191 с.

72. Патюков В. Г., Чмых М.К. Оптимальный алгоритм измерения частоты // Известия Вузов СССР Приборостроение. - 1976. - Т. 19. № 4. - С.21.

73. Лабутин С.А., Пугин М.В. Помехоустойчивость и быстродействие методов измерения частоты по короткой реализации гармонического сигнала // Измерительная техника. 1998. - № 9. С. 34.

74. Чмых М.К. Весовой метод повышения точности и помехоустойчивости цифровых измерителей частоты // Автометрия. 1979. - № 4. С 35.

75. Вакман Д.Е. Измерение частоты аналитического сигнала // Радиотехника и электроника. 1979. - Т. 24. № 5.- С. 982.

76. Чмых М.К. Оптимальное измерение частоты сигналов фазовым методом // Известия Вузов СССР Радиоэлектроника. - 1981. - Т. XXIV. № 7. - С. 91.

77. Паршин Б.В. Методическая погрешность дискретного преобразования Фурье при спектральном анализе сигналов // Техника средств связи. Серия "Техника проводной связи" 1987. - Вып. 3. С. 109 - 113.

78. Минц М.Я., Чинков В.Н. Оптимальный по помехозащищённости метод измерения частоты гармонических сигналов // Измерительная техника. 1992.- № 4. С. 50.

79. Минц М.Я., Чинков В.Н. Оперативный метод измерения частоты гармонического сигнала при наличии помех // Измерительная техника. 1993.- № 1. С. 49.

80. Иванов Ю.Е. О наивысшей точности спектрального оценивания гармонических сигналов дискретным преобразованием Фурье // Проблемы управления и информатики. 1998. - № 2. С. 102.

81. Соболев B.C., Кащеева Г.А., Щербаченко A.M. Анализ алгоритма оценки мгновенной частоты аналитического сигнала // Измерительная техника. -2000.- № 8. С. 57.

82. Поршев С.В. Зависимость точности аналитического частотомера от длительности сигнала // Измерительная техника. 2000. - № 3. С. 57.

83. Гринёв С.Н., Игнатьев В.К., Никитин А.В. Оценивание мгновенной частоты радиосигналов по текущему спектру // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2003. - Т. 6. № 4. - С. 63.

84. Зандер Ф.В. Алгоритмы оптимальной оценки параметров радиосигнала при времени измерения менее периода и некратном периоду с привязкой результата к началу измерительного интервала // Измерительная техника. 2003. - №2. С.43.

85. Атаянц Б.А., Паршин В.С Измерение частоты гармонического сигнала, принимаемого на фоне аддитивного белого шума, по его короткой реализации // Измерительная техника. 2004. - № 6. С. 42.

86. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

87. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. В трёх книгах. Книга первая. Изд. 2-е, перераб. М.: Сов. радио. - 1974. 552 с.

88. Радиотехнические системы / Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др. М: Высш. Школа, 1990. - 496 с.

89. Атаянц Б.А., Паршин B.C. Распознавание случайных сигналов по спектральным моментам // Изв. Вузов СССР.- Радиоэлектроника. 1983. - Т. 26. № 12.-С. 55-57.

90. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей. М.: Высш. школа, 1975. - 264 с.

91. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2003. - 604 с.

92. Езерский В.В. Сравнительный анализ методов сглаживания дискретной ошибки в ЧМ дальномерах // Радиолокация, навигация, связь: Доклады VIII Между-нар. науч.-техн. конф. Воронеж, 2002. - Т.З. С. 2000-2009.

93. Анализ точности радиолокационных толщиномеров пресноводного льда, работающих на основе измерения числа нулей и периода процесса // Тр. Гос. Гид-рологич. Ин-та, Ленинград. 1984. Вып. 305. - С. 20-37.

94. ЮО.Вучков И., Бояджева Л., Солаков Е. Прикладной линейный регрессионный анализ. М.: Финансы и статистика. - 1987. - 239 с.

95. Дьяконов В.П. Применение персональных ЭВМ и программирование на языке бейсик. М.: Радио и связь. - 1989. - 286 с.

96. Захарченко В.Д. Оценка средней частоты доплеровских сигналов методом дробного дифференцирования // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ.1999. Т. 7. № 3(24). - С.94-95.

97. Захарченко В.Д., Брыжин А.А. Оценка средней частоты в реальном масштабе времени методом дробного дифференцирования доплеровского сигнала // Радиолокация, навигация, связь: Доклады VI международной НТК. Воронеж.2000.-Т. 1.-С. 391-397.

98. Захарченко В.Д. Развитие методов временного анализа для повышения точности и разрешающей способности систем обработки радиолокационных сигналов: Дис. . докт. техн. наук, Волгоград, 2001. 284 с.

99. Патент 2114440 РФ, МКИ G01F 23/284. Способ оценки средней частоты широкополосных доплеровских сигналов. / В.Д. Захарченко №97114261/28; Заявл. 20.08.97; Опубл. 10.02.98, Бюл. № 18(11).

100. Самко С.Г., Килбас А.А. Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. Минск: Наука и техника, 1978.- 688 с.

101. Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.В., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М: Радио и связь, 1985. - 312 с.

102. Ю8.Марпл.-мл. C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 584 с.

103. Ю9.Немов А.В. Спектральное оценивание с высоким разрешением по неэквидистантной выборке данных // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. 2001. - № 4. С. 101.

104. Мещеряков В.П. Разработка и исследование частотно-модулированных радиодальномеров повышенной точности: Дис. на соискание учёной степени канд. техн. наук, Рязань, 1986.- 235 с.

105. Ш.Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. 2-е изд., пе-рераб. и доп.- М.: Наука, 1988.- 552 с.

106. Хэррис Дж. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье.// ТИИР. 1978. - Т. 66, №1.- С. 60-96.

107. ПЗ.Ханян Г.С. Аналитическое исследование и оценка погрешностей в задаче измерения параметров гармонического сигнала методом Фурье.// Измерительная техника. 2003. - № 8. С.3-10.

108. Дворкович А.В. Новый метод расчёта эффективных оконных функций, используемых при гармоническом анализе с помощью ДПФ / Цифровая обработка сигналов. 2001. - № 2. С. 49-54.

109. Дворкович А.В. Ещё об одном методе расчёта эффективных оконных функций, используемых при гармоническом анализе с помощью ДПФ / Цифровая обработка сигналов. 2001. -№ 3. С. 13-18.

110. Пб.Сизиков B.C. Математические методы обработки результатов измерений. -СПб.: Политехника, 2001. 240 с.

111. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.- М.: Радио и связь, 1986. -512 с.

112. Езерский В.В., Паршин B.C., Баранов И.В., Гусев B.C., Багдаполян А.А. Сравнительный анализ помехоустойчивости алгоритмов измерения дальности ЧМ дальномером в спектральной области // Вестник РГРТА. 2004.- Вып. 14. - С.43.48.

113. Езерский В.В. Задача оптимизации управления модулирующим напряжением частотно-модулированного дальномера // Вестник РГРТА. 2003.- Вып. 12. - С.44.49.

114. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975. - 248 с.

115. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. М.: Радио и связь, 1982. - 232 с.

116. Штагер Е.А. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. М.: Радио и связь, 1986.- 186 с.

117. Фельдман Ю.И., Мандуровский И.А. Теория флюктуаций локационных сигналов, отражённых распределёнными целями. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

118. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов.- М.: Сов. радио, 1966. 440 с.

119. Поздняк С.И., Мелитицкий В.А. Введение в статистическую теорию поляризации радиоволн. М.: Сов. радио, 1974. - 480 с.

120. Реутов А.П., Потапов А.А., Герман В.А. Странные аттракторы и фракталы как основа новой динамической модели радиолокационных сигналов, рассеяных растительным покровом. // Нелинейный мир. 2003. - Т. 1, № 1-2. - С. 12-25.

121. Хойнен. Измерение матрицы рассеяния цели // ТИИЭР. 1965. - Вып. 53, № 8. -С. 1074.

122. Бикел. Некоторые инвариантные свойства поляризационной матрицы рассеяния. // ТИИЭР. 1965.- Вып. 53, № 8. - С. 1218.

123. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: «Сов. радио», 1972, - 464 с.

124. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Карпов А.Ф. Исследование обобщённой вероятностной модели радиосигнала // Изв. Вузов СССР. Радиоэлектроника. 1988. -Т.31, № 4. - С. 43-49.

125. Атаянц Б.А., Езерский В.В. . Распределение элементарных фаз в модели флюктуирующей цели. // Изв. Вузов Радиоэлектроника. - 1977.- Т. 20, №4. - С. 106-108.

126. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Сов. радио, 1966. - 680 с.

127. Уилкс С. Математическая статистика. М.: "Наука", 1967. - 632 с

128. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971. - 1108 с.

129. Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. Изд. 2-е, стереотипное. М.: "Наука", 1968. 344 с.

130. Кендалл М.Дж,. Стьюарт А. Теория распределений. Изд. Наука, 1966. -587 с.

131. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Об аппроксимации законов распределения огибающей радиосигнала // Радиотехника и электроника. 1979.- Т 24, № 2. - С. 309-315.

132. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. М.: Мир, 1969.-395 с.

133. Билетов М.В., Вассерштейн И.С., Рыльский В.В. Обнаружение радиолокационных сигналов при флуктуациях их интенсивности по закону Накагами // Радиотехника. 1976.- Т.31, № 1. - С. 16-19.

134. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Карпов А.Ф. Обобщенное статистическое описание сигналов отражённых земными покровами // Дистанционное зондирование земных покровов радио методами: Тез. докл. Всесоюзн. НТК. М. 1985.

135. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Статистические характеристики поляризационных параметров частично поляризованных волн // Радиоэлектронные устройства: Сб. ст. / Рязан. радиотехн. инст. Рязань. 1976. - Вып. 1. - С. 59-63.

136. Мелитицкий В.А. К вопросу о выбросах амплитудных и поляризационных параметров отражённого сигнала. // Межведомственное совещание по вопросам поляризационной структуры радиосигнала: Докл. Томск. 1968.

137. Езерский В.В. Закон распределения коэффициентов деполяризации и симметрии радиолокационного сигнала // Радиоэлектронные устройства: Межвуз. сб. ст. / Рязан. радиотехн. инст. Рязань. 1981. - С. 77-80.

138. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Карпов А.Ф. Распределение нормированной мощности сигнала // Радиотехника и электроника. 1983. - Т. 28, № 9. - С. 18641868.

139. Атаянц Б.А., Давыдочкин В.М. Езерский В.В. Учёт влияния эффектов рассогласования антенны в частотных радиодальномерах // Антенны. 2003,- № 12(79). С. 23-27.

140. Patent 5365178 USA. Electrical device for liquid level measurements in industrial tanks and the like / R. Van Der Pol. Date of patent Nov. 15, 1994.

141. Давыдочкин В.М., Езерский В.В. Влияние отражённых волн на погрешность измерения расстояния частотным дальномером. // Вестник РГРТА. 2005.-Вып. 17. - С. (в печати).

142. Гольдщтейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. Изд. 2-е. М.: Сов. Радио. 1971.-664 с.

143. Демьянченко А.Г., Кулешов В.Н. Кратковременная нестабильность частоты и методы её измерения: Учебное пособие по курсу "Радиопередающие устройства"/Моск. Энерг. Ин-т. М. 1978. 80 с.

144. Кочемасов В.Н., Белов Л.А., Оконешников B.C. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. М.: Радио и связь, 1983. - 192 с.

145. Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г. Частотная и фазовая модуляция в технике связи. М.: Связь, 1974. - 224 с.

146. Свентковский Р.А. Сверхразрешение сигналов: возможности, ограничения, не-авторегрессионный подход // Радиотехника и электроника. 1998. - Т. 43, № 3. - С. 288-292.

147. Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. М.: Радио и связь. 1982. - 240 с.

148. Пат. РФ № 2159923. МКИ G01F 23/284. Радиолокационный уровнемер / Б.А. Атаянц, В.В. Езерский, А.И. Смутов. № 99104759/28. Заявл. 04.03.1999. Опубл. 27.11.2000. Бюл. № 33. 5.с.:ил.

149. Езерский В.В., Болонин В.А. Оценка погрешности измерения ЧМ уровнемера с адаптивной модуляцией // Радиоэлектронные системы и устройства: Межвуз. сб. / Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 1999. С.24-28.

150. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Кагаленко Б.В., Болонин В.А. Адаптивный частотно модулированный уровнемер // Радиолокация, навигация, связь: Доклады VI Междунар. НТК, Том. 3. -Воронеж, 2000. С. 1686-1696.

151. Езерский В.В., КагаленкоБ.В., Болонин В.А. Адаптивный частотно-модулированный уровнемер. Анализ составляющих погрешности измерения // Датчики и системы. 2002. № 7. С. 44-47.

152. Пат. РФ № 2151408. МКИ G01S 13/34. Радиолокационный дальномер / Б.А. Атаянц, В.А. Болонин, В.В. Езерский, Б.В. Кагаленко, А.И. Смутов Опубл. 20.06.2000. Бюл. № 17. 8с.:ил.

153. Езерский В.В. Анализ методической погрешности дальномера с адаптивной частотной модуляцией для систем ближней радиолокации // Вестник РГРТА. Рязань. 2004. Вып. 15. - С.40 - 45.

154. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970.- 392 с.

155. Тихонов В.И. Оптимальный приём сигналов. -М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

156. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Кагаленко Б.В. Сравнительный анализ двух датчиков уровня // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тез. докл. VII Междунар. НТК. Гурзуф. 1995. - С. 41-43.

157. Езерский В.В. Весовая обработка сигналов частотного дальномера повышенной точности // Обработка сложных сигналов с применением цифровых устройств и функциональной электроники: Межвуз. сб. науч. Труд. / Рязань, РГРТА.- 1996.-С.56-61.

158. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1966.-664 с.

159. Езерский В.В. Методическая погрешность датчика расстояния на базе частотно-модулированного дальномера с весовым сглаживанием погрешности дискретности. // Измерительная техника. 2003.- № 9. С. 22.

160. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. Изд. 22. М.: Наука, 1972. -416 с.

161. Ezerskii V.V. Measurement procedure of a distance gauge based on a frequence-modulated range finder with weighted smoothing of the digitization error. // Measurement techniques.- 2003. V. 46, № 9. - P. 841-846.

162. Езерский В.В., Баранов И.В. Анализ точности датчика расстояния на базе ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки // Датчики и системы: Сб. докл. Междунар. НТК. Том 1. Санкт-Петербург, 2002. - С. 22-26.

163. Езерский В.В., Болонин В.А., Баранов И.В. СВЧ уровнемер с весовым сглаживанием дискретной ошибки // СВЧ техника и телекоммуникационные технологии: Материалы 12-й Междунар. НТК. Севастополь: Вебер, 2002.- С. 453-454.

164. Езерский В.В., Баранов И.В. Анализ методической погрешности датчика расстояния на базе ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки. // Вестник РГРТА. Рязань, РГРТА. -2003. - Вып. i 1. - С. 61-65.

165. Езерский В.В., Баранов И.В. Оптимизация весового метода сглаживания погрешности дискретности на основе частотного дальномера // Измерительная техника. 2004. - № 12. С. 19-23.

166. Ezerskii V.V., Baranov I.V. Optimization of weighting methods of smoothing the discreteness error of distance sensors based on a frequency rangeflnder. // Measurement techniques. 2004. - V. 47, № 12. - P. 1160-1167.

167. Езерский В.В., Давыдочкин В.М., Нагорный Д.Я. СВЧ-синтезатор частот с высоколинейной широкополосной частотной модуляцией. // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез. докл. II Междунар НТК. Самара -2003.-С.164.

168. Кириллов С.Н., Соколов М.Ю., Стукалов Д.Н. Оптимальная весовая обработка при спектральном анализе сигналов. // Радиотехника. 1996. - № 6. С. 36-38.

169. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.- М.: Наука. 1981. -718 с.

170. Соколов И.Ф., Вакман Д.Е. Оптимальные линейные синфазные антенны с непрерывным распределением тока // Радиотехника и электроника. -1958 № 1, С. 46-55.

171. Патент 2234717 РФ, МКИ G01S 13/34. Способ измерения расстояния / Б.А. Атаянц, В.М. Давыдочкин, В.В. Езерский, Д.Я. Нагорный. №2003105993/09; Заявл. 04.03.03; Опубл. 20.08.04, Бюл. № 23. -7 с.:ил.

172. Иванов С.В., Витязев В.В., Езерский В.В. Метод устранения фазовых искажений в устройствах радиометрии. // Цифровая обработка сигналов. 2003.- №1. С. 36-39.

173. Езерский В.В., Давыдочкин В.М. Оптимизация весовых функций при спектральной обработке сигналов частотного дальномера. // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез докл III Междунар. НТК. Волгоград. НП ИПД "Авторское перо", 2004. - С.224.

174. Давыдочкин В.М., Езерский В.В. Минимизация погрешности измерения расстояния при цифровой обработке сигналов в ближней частотной радиолокации. // Цифровая обработка сигналов. 2005. - № 3. С. 22-27.

175. Езерский В.В., Давыдочкин В.М. Оптимизация спектральной обработки сигнала прецизионного датчика расстояния на основе частотного дальномера. // Измерительная техника. 2005. - № 2. С. 21-25.

176. Ezerskii V.V., Davydochkin V.M. Optimization of the spectral processing of the signal of a precision distance sensor based on a frequency rangefinder. // Measurement techniques. 2005. - V. 48, № 2. - P. 133-140.

177. Езерский В.В, Паршин B.C. Оценка средней частоты заполнения радиоимпульса, принимаемого на фоне нормального шума // Научный Вестник МГТУ ГА. Серия Радиофизика и радиотехника. Москва. 2005. - № 87(5). С. 5-14.

178. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Выпуск 1. М.: Мир, 1972.-316 с.

179. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника.- М.: Радио и связь, 1983. 624 с.

180. Езерский В.В., Баранов И.В., Болонин В.А. Компенсация нелинейности модуляционной характеристики ЧМ-дальномеров на основе анализа принятого сигнала. // Датчики и системы: Сб. докл. Междунар. конференции. Том 1. Санкт-Петербург, 2002. - С. 218-222.

181. Езерский В.В., Болонин В.А., Баранов И.В. Алгоритм компенсации нелинейности модуляционной характеристики ЧМ дальномеров. // Вестник РГРТА. Рязань, РГРТА, 2002. - Вып. 10. С. 38-42.

182. Патент 2234108 РФ, МКИ G01 S 13/34. Способ измерения расстояния (варианты). / Б.А. Атаянц, В.В. Езерский, И.В. Баранов, В.А. Болонин, В.М. Давыдочкин, В.А. Пронин. № 2002133946/09; Заявл. 18.12.2002; Опубл. 10.08.2004, Бюл. № 22. 8 с.:ил.

183. Аблин А.Н., Могилевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Транзисторные и варакторные устройства.- М.: Радио и связь, 1995. 160 с.

184. Hittite Microwave corporation. Designer's Guide. 2004.- 956 с.

185. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. -М.: Сов. Радио. 1978. 320 с.

186. Паршин Ю.Н. Разработка нелинейных динамических систем пространственно-временной обработки сигналов на фоне комплекса помех: Дис. . докт. техн. Наук. Рязань, 2000. -443 с.

187. Горелик А.Л, Скрипкин В.А. Методы распознавания. Уч. пособие для ВУЗ-ов. М.: Высш. Школа., 1977. - 208 с.

188. Фомин Я.А., Тарловский Г.З. Статистическая теория распознавания образов. -М.: Радио и связь. 1986. 264 с.

189. Фукунага К. ведение в статистическую теорию распознавания образов. М.: Наука. 1979. - 367 с.

190. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах.- М.: Издательство Академии наук СССР. 1957.-502 с.

191. Иванов С.В., Витязев В.В., Езерский В.В. Метод адаптивной компенсации мультигармонической помехи в устройствах радиометрии // Цифровая обработка сигналов. 2002. - № 2. С. 27-31.

192. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1989.-440 с.

193. Патент 2218559 РФ, МКИ G 01 F 23/284. Способ измерения уровня диэлектрической среды./ Б.А. Атаянц, В.М. Давыдочкин, В.В. Езерский. № 2002116616/28; Заявл. 20.06.2002; Опубл. 10.12.2003, Бюл. № 34.-3с.:ил.

194. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Распознавание случайных сигналов, описываемых бета распределением // Радиотехника и электроника. 1982.- Т.27, № 11. - С. 2256-2258.

195. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Влияние шумов на распознавание случайных сигналов, описываемых бета распределением // Радиотехника и электроника.-1986. Т.31, № 3. - С. 826 - 828.

196. Гусинская Г.В., Езерский В.В. Распознавание случайных сигналов в ортогональных базисах // Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей/Сб. научных тр. Киев, УМК ВО, 1991. - С. 151-155.

197. А.С. 934510 СССР, МКИ G 06 К 9/46. Устройство для распознавания образов./ Б.А. Атаянц, В.В. Езерский, В.П Румянцев. № 2996132/18; Заявл. 20.10.1980; Опубл. 07.06.1982, Бюл. № 21. 3 е.: ил.

198. Патент 2066881 РФ, МКИ G 06 К 9/00. Устройство распознавания случайных сигналов/ Г.В. Гусинская, В.В. Езерский № 5021349/09; Заявл. 09.01.1992; Опубл. 20.09.1996, Бюл. № 26. 6 с.: ил.

199. Патент 2244368 РФ, МКИ G 01 F 23/28, G 01 S 13/08. Способ измерения уровня материала в резервуаре / Б.А. Атаянц, B.C. Паршин, В.В. Езерский № 2003105994/28; Заявл. 04.03.2003; Опубл. 10.01.2005, Бюл. № 1. 9 е.: ил.

200. Езерский В.В. Цифровая обработка сигналов частотно-модулированного дальномера: Учеб. Пособие./ Рязан.гос. радиотехн. акад. Рязань, 2003. - 60 с.

201. Поляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронных вычислительных машинах. М.: Советское радио, 1971. - 172 с.

202. Атаянц Б.А., Езерский В.В. О моделировании случайных сигналов с различными одномерными распределениями.// В кн. Радиоэлектронные устройства. Вып.2 Рязань, РРТИ, 1977. - С. 15-18.

203. А.С. СССР N 1529217. МКИ Н06 F 7/58. Генератор случайного сигнала / С.А. Атаманкин, Г.В. Гусинская, В.В. Езерский. № 4292009/24. Заявл. 30.7.87. Опубл. 15.12.89. Бюл. № 46. 6 е.: ил.

204. А.С. СССР N 165662. МКИ Н03В 29/00. Генератор случайных сигналов / Г.В. Гусинская, В.В. Езерский, А.Ф. Карпов, А.Н. Осипов. № 4440429/09. Заявл. 13.06.88. Опубл. 15.06.91. Бюл. №22.-3 е.: ил.

205. А.С. СССР N 1732776. МКИ G01S 7/40, Н03В 29/00. Формирователь случайных сигналов / Г.В. Гусинская, В.В. Езерский, А.Ф. Карпов, Ю.А. Каленицкий. № 4615407/09. Заявл. 05.12.88. 3 е.: ил.

206. Эмерсон , Сефтон. Улучшенная конструкция безэховой камеры. // ТИИЭР -1965,№8.-С. 1227-1229.

207. Патент 2207676 РФ, МКИ Н 01 Q 15/14. Плоский радиолокационный отражатель / В.М. Давыдочкин. № 2002111035/09; Заявл. 24.04.2002; Опубл. 27.06.2003, Бюл. №18.-5 е.: ил.

208. Патент 2207677 РФ, МКИ Н 01 Q 15/14. Плоский широкополосный радиолокационный отражатель / В.М. Давыдочкин. № 2000111083/28; Заявл. 24.04.2002; Опубл. 27.06.2003, Бюл. №18.-6 е.: ил.

209. Атаянц Б.А., Атаянц Э.К., Езерский В.В. Карпов А.Ф. Измерение фазовой структуры радиолокационного сигнала // Методы и аппаратура для измерения сдвига фаз и частоты сигналов: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Красноярск, 1979.

210. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Выбор метода определения инвариантных поляризационных параметров радиолокационной цели // Известия вузов СССР Радиоэлектроника. - 1982. - Т. 25, № 7. - С. 73-75.

211. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Определение инвариантных поляризационных параметров радиолокационной цели косвенным методом // Депонировано в ВИНИТИ 4 авг.1982. № 4272-82.

212. Атаянц Б.А., Езерский В.В. Учёт погрешностей антенн при определении матрицы рассеяния радиолокационной цели. // Известия вузов СССР. Радиоэлектроника. 1983. - Т.26, № 3. - С. 74-75.

213. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Болонин В.А., Мирошин С.В. Требования к цифровой реализации адаптивного ЧМ-уровнемера // Цифровая обработка сигналов и её применение: 3-я Междунар. НТК. Доклады-2.- Москва, 2000. С. 315317.

214. Езерский В.В., Болонин В.А., Баранов И.В. Цифровая обработка сигнала ЧМ дальномера с весовым сглаживанием дискретной ошибки // Цифровая обработка сигналов и её применение: Докл. 5-й международной конференции. Т.1. -Москва. 2003. С. 237-239.

215. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Кулакова М.В., Рынин В.П. Многоканальная информационная система контроля уровня // Статистический синтез и анализ информационных систем: Тез. докл. XIII научно-техн. Семинара. Рязань, 1994.-С. 21-22.

216. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Кулакова М.В., Рынин В.П. Многопозиционный бесконтактный уровнемер // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тез. Докл. VI Междунар. НТК. Гурзуф, 1994.-С. 35-37.

217. Езерский В.В., Рынин В.П. Бесконтактное многопозиционное измерение уровня ЧМ-дальномером // Обработка сложных сигналов с применением цифровых устройств и функциональной электроники / Межвуз. сб. ст. Рязань, РРТИ. 1996.-С. 61-66.

218. Атаянц, Б.А., Езерский В.В., Рынин В.П. Бесконтактный многопозиционный уровнемер // Радиолокация, навигация, связь: Доклады VI Международной НТК. Том. 3. Воронеж, 2000.- С. 1679-1685.

219. Атаянц Б.А., Езерский В.В., Карпов А.Ф. Формирование и приём широкополосного сигнала с различной поляризацией. // В кн. Радиоэлектронные устройства. Вып. 3. -Рязань, РРТИ, 1978. С. 36-40.

220. А.С. СССР N 646719 Н01Р 1/16, Н01Р 5/12. Устройство для разделения радиоволн на две ортогонально поляризованные компоненты / Б.А. Атаянц, В.В. Езерский. № 2430024/18. Заявл. 17.12.76. Зарег. 13.10.78. -4 е.: ил.

221. Патент 2010182 РФ, МКИ G 01 F 23/28. Уровнемер / Б.А. Атаянц, В.В. Езерский, М.В. Кулакова, В.П. Рынин. № 5026290/10; Заявл. 16.01.1992; Опубл. 30.03.1994, Бюл. №6.-6 е.: ил.