автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах с применением быстрого спектрального анализа сигналов

На правах рукописи

Давлеткалиев Роман Куанышевнч

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В МНОГОПОЗИЦИОННЫХ УГЛОМЕРНЫХ СИСТЕМАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ БЫСТРОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород 2005

Работа выполнена в Белгородском государственном университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Травин Геннадий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Маслов Анатолий Фомич;

кандидат технических наук Иванов Александр Николаевич

Ведущая организация: Военная академия воздушно-космической

обороны им. Г. Жукова, г. Тверь

Защита состоится 10 ноября 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.015.04 при Белгородском государственном университете по адресу: 308015 г. Белгород, ул. Победы, 85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета.

Автореферат разослан " " октября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Савотченко С.Е.

ушз

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успехи в создании средств координатно-временного обеспечения систем контроля воздушного пространства привели к практическому воплощению пассивных многопозиционных комплексов. В России разработаны станции и системы радиотехнического контроля (РТК) "Орион", "Охота", "Вега" и др. Угломерная система (УС) координатометрии и РТК 85В6-А «Вега» симметричной конфигурации поставлена инозаказчику и эксплуатируется на его территории с 2000 года. Именно эта система выбрана в качестве базовой при выполнении диссертационного исследования.

При внедрении систем координатометрии и РТК в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурация УС будет определяться в первую очередь их дислокацией, а не только теоретическими соображениями. Кроме того, при размещении мобильных систем на местности трудно обеспечить симметричную конфигурацию УС из-за особенностей ландшафта поверхности (болото, водоемы, лесной массив, горы и т.д.). В связи с этим актуальной является задача развития алгоритмов обработки информации применительно к УС произвольной "конфигурации.

Из-за наличия большого количества неизвестных параметров сигналов источников радиоизлучения (ИРИ) для пассивных систем эффективные алгоритмы их надежной обработки до сих пор разработаны явно недостаточно. Оценки разведывательных потенциалов для различных методов приема и обработки сигналов в известной литературе получены для простых сигналов известной структуры на фоне гауссовых шумов, при этом структура сигналов в основном полагалась простой, время измерения их параметров достаточно большим, плотность потока сигналов достаточно малой, а методы их обработки полагались в большинстве своем эвристическими. В связи с этим возникает необходимость решения задачи статистического синтеза и анализа алгоритмов оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной

структуры.

В классическом построении канала пеленгования ИРИ дискриминэторные характеристики получают непосредственно после усиления сигнала с выхода антенных систем. В то же время в состав канала станции обнаружения и пеленгования (СОП) 85В6-Е «Орион» входит спектрально-временной анализатор (СВА) сигналов с быстрым спектральным анализом (БСА). Для этого случая задача пеленгования мало изучена и требует своего решения. Ввиду сложности происходящих процессов при обработке информации решение этой задачи можно получить на основе имитационного математического моделирования.

Проведенный краткий анализ дает основание считать тему диссертационного исследования актуальной.

Объектом исследования являются многопозиционные системы координатометрии и радиотехнического контроля.

Предметом исследования является угломерная многопозиционная система координатометрии и РТК произвольной конфигурации, а также методы первичной обработки сигнальной информации при быстром спектральном анализе.

Целью диссертационного исследования является совершенствование алгоритмов первичной обработки сигнальной информации в многопозиционных угломерных системах координатометрии и РТК произвольной конфигурации.

Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача, а именно: разработка алгоритмов обработки информации в угломерных системах при быстром спектральном анализе сигналов источников радиоизлучения.

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

- разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации;

- синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов;

- теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой сигналов на выходе спектрально-временного анализатора;

- имитационное математическое моделирование моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой сигналов на выходе спектрально-временного анализатора.

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

Методы исследования: теоретические, экспериментальные и имитационное математическое моделирование.

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

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

2. Алгоритмы оптимальной первичной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов.

3. Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора.

4. Практические рекомендации по повышению точностных характеристик пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации в спектрально-временном анализаторе.

Научная новизна работы заключается в совершенствовании алгоритмов обработки информации при БСА сигналов ИРИ в угломерных системах произвольной конфигурации и содержит следующие результаты:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

2. Аналитические соотношения для оценки и анализа точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

3. Совершенствование алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов и оценки несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы.

4. Результаты теоретического и экспериментального исследования канала пеленгования станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион»,

анализ факторов, влияющих на точность пеленгования источников радиоизлучения.

5. Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора.

Научная значимость результатов исследования заключается в совершенствовании методов и алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах, кроме этого полученные новые результаты расширяют представления о возможностях имитационного математического моделирования в решении задач обработки информации.

Созданные математические модели можно использовать в дальнейших научных исследованиях первичной обработки сигнальной информации с более полным учетом факторов, влияющих на качественные показатели пеленгатора.

Практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:

1. Полученные в первом разделе результаты позволяют оценить потенциальные возможности угломерных систем координатометрии при их развертывании в несимметричной, произвольной конфигурации, которую можно строить с учетом ландшафтных особенностей поверхности.

2. Созданная имитационная математическая модель моноимпульсного пеленгатора позволяет определять пути совершенствования аппаратуры и алгоритмов обработки информации.

3. Разработанные практические рекомендации позволяют повысить точностные характеристики пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на совпадении полученных научных результатов с результатами эксплуатации системы с симметричной конфигурацией "Вега". Полученные новые научные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противоречат общепринятым представлениям. Результаты имитационного математического моделирования совпадают с результатами многолетнего физического моделирования первичной обработки сигнальной информации в изделии 85В6-Е «Орион».

Апробация результатов исследования. Основные теоретические

положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Ярославского ЗРИ ПВО в 2002 г, межведомственной конференции на четвертой международной выставке «Граница-2002», семинарах БелГУ, а также на X международной конференции «Радиолокация, навигация, связь» СЯЬ\С*2004) в Воронеже.

Личный вклад соискателя. По части разработки алгоритмов координатометрии ИРИ лично автором выполнено основное исследование точностных характеристик измерения координат ИРИ УС произвольной конфигурации. В ходе решения задачи синтеза и анализа оптимальных алгоритмов первичной обработки сигнальной информации сдетано развитие этих методов, которое доведено до оценки потенциальных точностей измерения параметров сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры Необходимые для диссертационного исследования экспериментальные данные получены лично автором При участии автора был разработан и запатентован оригинальный винтовой механизм, входящий в состав подьемно-мачтового устройства автоматизированной станция радиоконтроля Разработка ИММ выполнена в соавторстве, в то же время ее исследование проведено лично в соответствии с конкретной целевой направленностью решаемой задачи диссертационного исследования.

Задача анализа моноимпульсного пеленгатора с обработкой информации на выходе СВА по результатам математического моделирования поставлена и решена впервые.

Материалы диссертационной работы были опубликованы в 13 печатных работах, из них статей 10

Основные положения и результаты работы реализованы в опытных образцах системы РГК "Вега", станциях "Орион", "Охота"

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, списка использованных источников из 50 наименований Содержание работы изложено на 1"П листах машинописного текста, иллюстрируется 74 рисунками и 2 таблицами.

П. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проводится анализ угломерной системы РТК 85В6-А «Вега», выбранной в качестве базовой для решения задачи диссертационного исследования, и входящих в ее состав станций 85В6-Е «Орион», г д. - У

XI X

Рис.1. Определение координат цели в УС

X

Разработаны алгоритмы координатометрии ИРИ угломерными системами произвольной конфигурации. Для общего случая получены основные аналитические соотношения для определения пространственных прямоугольных х, у, г и полярных г, р, е координат ИРИ в УС (рис. 1). Результаты представлены в матричной форме. Вектор параметров в прямоугольной системе коородинат запишем в следующем виде

Р = С"1 • Б, где

С= I

»+Ы п

п п

1=1 (=1

л 1=1 0

П

ЁК*, '.¿Л, ) + - Г, ят)]

П

1-1

п

X вш р, (дг,/,£ - 2, вт р,)

Представлены оценки и проанализированы точностные характеристики измерения координат ИРИ угломерными системами произвольной конфигурации. По известной методике получены аналитические выражения для корреляционной матрицы ошибок и для матрицы точности, которые в результате преобразований сведены к сравнительно простым соотношениям, позволяющим оценивать СКО ах. ст,, а: для УС произвольной конфигурации с произвольным числом приемных пунктов

Оценивая полученные в первом разделе результаты в целом, можно сделать вывод о том, что с научной точки зрения произведено развитие известных методов координатометрии УС с симметричной конфигурацией применительно к УС произвольной конфигурации. С практической же точки зрения, полученные результаты имеют важное значение, поскольку позволяют заказывающим организациям производить оценку возможностей УС при их внедрении в существующие системы контроля воздушного пространства.

Во второй главе представлены результаты синтеза и анализа алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов.

На основе использования последних достижений в области

л

ХЬ'-У,) (х-х,)!г*

статистического синтеза делается развитие аналитических методов оптимального или близкому к нему оценивания параметров сложных сигналов в условиях априорной неопределенности их структуры.

Для нахождения основной операции оптимальной обработки принимаемых колебаний, определяемой видом отношения правдоподобия (ОП) или его логарифма (ЛОП), необходимым является разработка модели этих колебаний

Y(t) = X(t,a) + N(t),

где X(t, а) = bX(t -1,)e-/2*p('"'>', в = f,, i^j, t3 - задержка относительно

опорного момента времени /, Ь-Ъе3^»'1*^^- общий для всего сигнала амплитудно-фазовый множитель, N(t) - колебания помехи, со спектральной плотностью jV0 и распределенной по нормальному закону.

Основная принципиальная трудность практического вычисления ЛОП

связана с неопределенностью структуры опорного сигнала X(t). Одним из предложенных путей исключения указанной неопределенности является его

представление в виде обобщенного ряда Фурье . где а „ -

V

неизвестные комплексные коэффициенты. Анализ показал, что среди известных ортогональных функций времени наиболее простым и конструктивным является, так называемый, мультипликативно-ортогональный базис. В нем сдвинутые последовательно во времени на интервал At = 1/По (По - ширина спектра сигнала) функции Котельникова Sinx/x заменяются на совокупность сдвинутых, но неперекрывающихся между собой прямоугольных импульсов гесф]=Ч^0) длительностью At<l/ITo. Такое представление опорного сигнала позволило синтезировать алгоритм оптимальной обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры.

Его суть заключается в нахождении условного значения ЛОП In l(ä) на интервале (0, Т). Имеем

ln/(«) = Jln/v(a),

V=1

где In/„(«) условные парциальные значения ЛОП, вычисленные на интервале Аг,

п соответствует числу функций Ч'уМ на интервале наблюдения и равно Т/А/.

Таким образом, обработка сигнала с неизвестной структурой включает два вида обработки: когерентную в пределах каждого из интервалов Д/ и некогерентную от интервала к интервалу. На этапе когерентной обработки вычисляется парциальное значение ЛОП 1п/Да), на этапе некогерентной обработки вычисленные значения 1л/Да) суммируются. При этом максимум суммарного ЛОП 1п/(«) будет достигаться при условии достижения максимума каждым из парциальных значений ЛОП 1п/„(а). Максимизация последних при этом достигается на основе подбора соответствующих значений частот при фиксированных значениях ожидаемого времени запаздывания /3 (V = ) в пределах всего интервала обработки (0,Т). При этом получается совокупность оценок #„, которые полагаются регулярными. В этой связи актуальной является задача оценки точности указанной частоты, характеризуемой дисперсией а\ или среднеквадратичным значением ошибки о> определения /V

В разделе достаточно подробно исследован частный, но важный для

л

практики случай оценки средней несущей частоты Р принимаемого колебания на интервале д лительностью г„. При этом рассмотрены два метода вычисления оценок. В первом, основанном на вычислении среднего

А

арифметического частных оценок РУ, полученных на интервалах длительностью Д1, оптимизация сводится к вычислению спектра или

преобразования Фурье принимаемого колебания в и-ом стробе Ч*¿1) при фиксированных значениях гз = уАх (у = 1,ЛО и нахождению координаты максимума этого спектра.

Второй метод вычисления оценок реализуется на основе обработки

л

оценочного опорного сигнала Х(0 = сформированного при

к-1

помощи предварительно полученных максимально правдоподобных оценок

Л

К коэффициентов модели сигнала Ь,. Из сопоставительного анализа следует, что второй метод является заметно более точным по сравнению с

л

первым. По своей точности он приближается к оценке Р, которая может бьггь получена на основе обработки когерентного сигнала с известной

формой огибающей Х(0 опорного сигнала. Так, например, при пороговом отношении сигнал/шум на выходе устройства вычисления ЛОП 1п /„, равном <7у=5 по напряжению (или 13,9 дБ), и длительности строба Д1 = 1мкс СКО «0,11МГц.

Далее в разделе отмечается, что ввиду сложности задачи пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для средств РТК, ее решение может быть получено на основе имитационного математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов ИРИ, одинаковых при исследовании различных устройств обработки в многомерной области анализа.

В базовой станции применены приемные каналы с БСА, которые предназначены для гарантированного обнаружения ИРИ с одновременным определением несущих частот сигналов и законов их модуляции. Использование фильтров сжатия на поверхностных акустических волнах (ПАВ) позволяет в настоящее время реализовать полосу анализа до 500 МГц за одну микросекунду, что эквивалентно просмотру 500 параллельных каналов с полосой пропускания 1 МГц. Упрощенная структурная схема канала представлена на рис. 2.

Входной

Рис. 2 Приемный канал с БСА. Фурье-процессор на ПАВ.

Входной сигнал в смесителе перемножается со специально формируемым импульсным сигналом ЛЧМ посылки и, пройдя через дисперсионную линию задержки и полосовой фильтр, превращается в последовательность коротких "сжатых" сигналов. Интервалы времени между моментом запуска формирования ЛЧМ-посылки и моментами появления "сжатых" сигналов (каждый из которых, по сути, является откликом преобразователя на соответствующую составляющую спектра сигнала на его

входе) отображают спектральный состав входного сигнала. Поэтому, измерив величину этих интервалов, можно однозначно определить частоту каждой из спектральных составляющих сигнала на входе такого преобразователя.

В третьей главе приведены результаты теоретического и экспериментального исследования алгоритмов моноимпульсного пеленгования ИРИ с обработкой информации на выходе СВА. Проведено полунатурное экспериментальное исследование канала пеленгования станции 85В6-Е «Орион». Получены диаграммы направленности (ДН) и построены дискриминаторные характеристики (ДХ) зеркальных антенн (ЗА) с облучателями из трех и четырех логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА). Исследованы факторы, влияющие на точностные характеристики пеленгования ИРИ моноимпульсным локатором типа 85В6-Е «Орион». На основе теоретических и экспериментальных исследований сделан анализ ошибок, вносимых средой распространения, и ошибок, вносимых аппаратурой изделия. Результаты представлены в виде таблиц и графиков.

1,2

&

«Г 0.8

0.4

Угол ориентирования антенны в УМ плоскости,гряд

2,4

2,8

Рис 3 Зависимость угломесгаых ошибок, обусловленных переотражениями от земли, от угла ориентирования ЗА в угломестной плоскости Частота 8 ГГц

Как видно из рис. 3, обусловленная переотражениями от земной поверхности зависимость угломестной ошибки от угла ориентирования АС в

угломестной плоскости носит осциллирующий характер, амплитуда которой убывает с увеличением угла места

В результате детального анализа инструментальных ошибок изделия 85В6-Е «Орион» было установлено, что пеленгование в диапазоне частот 0,2...2 ГТц производится с недостаточной точностью. На основе ряда проведенных экспериментальных исследований были даны практические рекомендации по усовершенствованию АС этого диапазона: для пеленгования предложено использовать две ЛПВА, которые необходимо установить по бокам антенной головки, где они вместе с антеннами диапазона 2... 18 ГГц будут вращаться в азимутальной плоскости. Таким образом, число антенн, используемых в диапазоне частот 0,2...2 ГГц, уменьшено с 4-х на неподвижной мачте до 2-х на вращающейся антенной головке (рис.4). Предложено использовать антенну ПБЛ, значительно ускоряющую определение пеленга и практически исключающую ложные отметки пеленгов. Для примера, на рис. 5 а), б) показаны исходные ДН использованных антенн, на рис.6 а), б) - полученные после усовершенствования АС.

Антенна ГБЛ

Рис.4. Расположение антенн на вращающейся антенной головке.

- правая антенна

- левая антенна

Рис 5 а) Рис 6 а)

2000 МГц

о о

Рис 5 б)

Рис 6 б)

Для решения задачи пеленгования ИРИ по результатам обработки сигналов на выходе СВЛ. для комплексного решения вопросов согласования динамического диапазона входных сигналов и тракта СВА, а также оценки влияния нелинейных эффектов при наличии ограничения в каналах структурная схема модели СВА с БСА была доработана (рис. 7). В схему модели дополнительно были включены блоки (окна) ограничителя сигналов, каналы имитации трех антенн (левая, правая, подавления боковых лепестков (ПБЛ)), состоящие из системы частотного кодирования и уплотнения, соответствующих аттенюаторов и блоков формирования собственных (коррелированных шумов). В модели имеется возможность выбора полного времени анализа, которое определяет число циклов (сканов) в канале с БСА, и интервал дискретизации отсчетов. На вход модели поступают сигналы из конструктора ансамбля сигналов. При этом можно подавать любую комбинацию из трех сигналов (хотя их число может быть произвольным) из меню видов сигналов с возможностями вариации параметров в пределах, необходимых для имитации любых ИРИ. В блоке спектроанализатора сигналы подвергаются БПФ на интервале от 0 до 1 мкс.

В диссертации приведены результаты исследования ИММ, которые сопровождаются большим количеством иллюстраций. Так, например, установлено, что при обработке сигналов на фоне собственных шумов наличие полосового ограничителя в приемном тракте с ростом амплитуды сигнала приводит к появлению нечетных гармоник, что, в свою очередь, проявляется при обработке в широкополосном СВА. Учитывая различия в распределении амплитуд по гармоникам, сигналы можно отселектировать после обработки в амплитудном квантователе на выходе СВА.

Рис 7 Структурная схема модели ачтит\днон> моноимпульсного пеленгатора с обработкой сигналов в СВА

Имитационное моделирование показало, что при обработке информации необходимо учитывать свойства (амплитуду и ширину спектра) и положение в этой области доминирующего сигнала, идентифицированного с соответствующей антенной. Затем при помощи модели амплитудного моноимпульсного пеленгатора (АМП) находятся коэффициенты пропорциональности, связывающие их с константами приемных антенн, а именно: уровнями пересечения диаграмм направленности трех антенн и крутизной углового дискриминатора, а также выделяются признаки положения пеленгуемого ИРИ в главных лучах или в области боковых лепестков. Поставленная задача решается в модели АМП путем реализации в ней:

- предложенного метода преобразования сигналов на входе СВА (неэквидистантный трехчастотный метод кодирования сигналов приемных антенн с последующей их нормировкой в широкополосном ограничителе);

- способа обработки их спектров на выходе СВА, обеспечивающий при малом числе уровней квантования значительное уменьшение скорости потока данных путем некогерентного накопления спектральных составляющих каждой выборки сигнала при одновременном измерении ширины спектра по уровню порога обнаружения.

Характерные области углового положения пеленгуемого ИРИ и контрольные значения параметров, подлежащие калибровке в модели АМП с СВА, были получены экспериментально при испытаниях станции «Орион». Как следует из экспериментальных данных, для измерения угловой координаты с точностью отсчета 1 дБ (0,353°) во всем динамическом диапазоне входных сигналов Д»х выходной динамический диапазон Д,ш должен быть не менее 10... 15 дБ. Нижняя граница Д^ определяется уровнем спектральной плотности собственных шумов на выходе СВА, а верхняя граница критична прежде всего при спектральном анализе немодулированных сигналов, когда выборка заполняет весь интервал спектрального анализа и амплитуды сжатых импульсов максимальны. Это обстоятельство определяет принцип калибровки уровня ограничения сигналов: при трехчастотном кодировании приемных антенн ЛА, ПА, антенны ГТБЛ (АПБЛ) и уплотнении их в общий канал, в равносигнальном

направлении при больших уровнях сигналов на входах спектральные составляющие соответствующих каналов не должны пересекать верхнего уровня логарифмической шкалы квантователя (рис. 8).

Рис 8 Установка уровня ограничения по сигналу ИРИ большой интенсивности на равносигналъном направлении Сигналы левой и правой антенн не превышают уровень 20 дБ

Тр|»*У»ГТПТКЫИ И^ТПП ЛНТРНМ

ЛЧМ сигнал, рЭРносигнал&нсе направление

и

в*

1М

о.*1

ч-гтгжкгг

У

Г\

-и I \ .. ,111

Рис 9 Трехчастотный метод кодирования антенн ЛЧМ сигнал, РСН

В случае анализа широкополосных сигналов большой интенсивности при такой калибровке амплитуды спектральных составляющих никогда не превысят верхний уровень, что показано на рис. 10. Это обусловлено тем, что ограничитель осуществляет нормировку по мгновенному значению суммы всех спектральных составляющих, находящихся под огибающими спектров уплотненного канала, сохраняя их исходное соотношение.

Трежчастотныи метод кодирований эчтжм Узое<-нь сгз е 2 разэ еы^*. Р.мпу "ьсна и сигнал 6 мк.. +2 гр. от раеносигнапьнхс иапрзЕггния.

/\

Рис 10. Уровень огр в 2 раза выше, импульс 5 мкс, +2° от РСН.

Для повышения точности оценки угловой координаты по широкополосным сигналам можно увеличить порог ограничения, но это неизбежно приведет к появлению зоны нечувствительности в характеристике углового дискриминатора при оценке направления прихода узкополосных сигналов. В эксперименте (рис. 8) зона нечувствительности составляет +\-2°. В то же время для широкополосного сигнала явление слепой зоны отсутствует (рис. 9), так как сохраняется соотношение амплитуд спектров сигналов ЛА и АПБЛ и, хотя спектр правой антенны ограничен, положение его максимума известно по данным уровней пересечения диаграмм направленности ЛА, ПА и АПБЛ.

В данном случае для определения уровня доминирующего сигнала к среднему значению огибающей спектра на частоте канала АПБЛ необходимо добавить величину 12 дБ, что даст возможность по разности уровней найти угловое отклонение относительно РСН. Особенности анализа широкополосного сигнала приводят, с одной стороны, к улучшению качества нормировки при ограниченном числе уровней квантования, а с другой -определения максимальных или средних значений огибающих спектров на частотах кодирования каналов. Для этого в алгоритме пеленгации

широкополосного сигнала предусмотрено суммирование амплитуд спектральных составляющих, которые превысили порог обнаружения, и деление этой суммы на число слагаемых (число спектральных линий).

Приведенные примеры показывают, что методика трехчастотного кодирования каналов АМП при многоуровневом квантовании на выходе СВА позволяет выделить доминирующий сигнал, идентифицированный с соответствующей антенной и найти разность их уровней, так как известно, что уровень сигнала АПБЛ в зоне углового дискриминатора ниже уровня доминирующего на 12 дБ. Следовательно, в алгоритмах измерения угловых координат при обработке сигналов в СВА вычислительными константами являются уровни пересечения главных лепестков (ГЛ) ДН правой, левой антенн и ДН антенны ПБЛ между собой, относительно максимумов ГЛ ДН антенн (2,5; 12 дБ - соответственно).

Наряду с изложенными результатами, полученными в ходе исследования ИММ, отмечается, что метод трехчастотного кодирования антенн АМП позволяет расширить сеетор обнаружения при обзоре пространства зеркальными антеннами и антенной ПБЛ.

В заключении указывается, что диссертация является законченной научно-исследовательской работой и содержит новое решение актуальной задачи разработки алгоритмов обработки информации в угломерных системах при быстром спектральном анализе сигналов источников радиоизлучения.

Даны рекомендации на дальнейшие исследования методов и алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах произвольной конфигурации. Также в заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Разработанные алгоритмы и полученные аналитические выражения для оценки точностных характеристик координатометрии ИРИ позволяют оценить потенциальные возможности угломерных систем при их развертывании в наиболее востребованной несимметричной конфигурации.

2. Синтезированный алгоритм оптимальной первичной обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры позволяет получать оценки несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы.

3. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование канала пеленгования станции 85В6-Е «Орион» и проанализированы ошибки, вносимые средой распространения, и ошибки, вносимые аппаратурой самого изделия.

4. На основе ряда проведенных экспериментальных исследований даны практические рекомендации по усовершенствованию АС диапазона 0,2.. .2 ГТц: для пеленгования предложено использовать две ЛПВА, которые необходимо установить по бокам антенной головки, где они вместе с

' антеннами диапазона 2... 18 ГГц будут вращаться в азимутальной плоскости.

^ Таким образом, число антенн, используемых в диапазоне частот 0,2...2 ГГц,

I уменьшено с 4-х на неподвижной мачте до 2-х на вращающейся антенной

< головке.

5. Разработанная имитационная математическая модель ^ моноимпульсного пеленгатора позволяет проводить исследования первичной

обработки сигнальной информации с учетом многочисленных факторов, ' влияющих на качественные показатели пеленгатора (амплитудная

jj идентичность каналов, собственные шумы системы, ограниченность

входного динамического диапазона и др.)

6. На основе натурных экспериментов и результатов исследования ' модели амплитудного моноимпульсного пеленгатора даны практические 4 рекомендации, позволяющие повысить точностные характеристики

• пеленгования и оценивания параметров сигналов с обработкой информации в I спектрально-временном анализаторе.

^ Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Винтовой механизм : пат. 2226246 Рос. Федерация / Алексеев В.А., 1 Давлеткалиев Р.К., Перетяган И.В.; заявитель и патентообладатель «НПП

1 «Спец-Радио». - №2002116729; заявл. 21.06.2002; опубл. 27.03.2004

1 (зарегистрирован в гос. реестре изобретений РФ)

| 2. Давлеткалиев, Р. К. Анализ моноимпульсного пеленгатора с

обработкой информации в частотно-временном анализаторе по результатам математического моделирования / Р. К. Давлеткалиев, Ю. Б. Поленова, 1 Ю. Н. Седышев // Научные ведомости БелГУ. - 2004. - №3 (20). - С. 151-156.

I - (Сер. «Физика». Вып. 9).

' 3. Давлеткалиев, Р.К. Имитационное моделирование моноимпульсного

пеленгатора с обработкой информации в спектрально-временном

• анализаторе / Р. К. Давлеткалиев, И. В. Перетяган, Ю. Н. Седышев, 1 В. А. Тютюник // Современные проблемы проектирования, производства и 1 эксплуатации радиотехнических систем : сб. науч. тр. / УлГТУ. - Ульяновск,

I 2003. -№3.- С. 54-60.

I 4. Давлеткалиев, Р.К. Математическое моделирование

| моноимпульсного пеленгатора с обработкой информации в частотно-

временном анализаторе / Р.К. Давлеткалиев, Ю.Н. Седышев, В. А. Тютюнник, Ю. Е. Поленова, Г. А. Травин // Математическое ► моделирование, численные методы и комплексы программ : межвуз. сб. тр. -

СПб., 2004. - Вып. 10. - С. 80-93.

5. Давлеткалиев, Р. К. Определение плоскостных и пространственных I координат источников радиоизлучения угломерными системами /

' Р. К. Давлеткалиев, В. М. Терешко // Приоритеты военно-технической

I деятельности ФПС России по предупреждению и пресечению террористической

• деятельности на современном этапе : науч.-техн. сб. по материалам межвед.

, конф. / НИИТЦ ФПС. - М., 2003. - С. 51-52.

J \

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

7. Давлеткалиев, Р. К. Особенности практической реализации станции радиотехнической разведки «Орион» : докл. на X междунар. конф «Радиолокация, навигация, связь (КиЧС*2004)» / Р.К. Давлеткалиев,

A. Г. Кузьменко, И. В. Перетягин, В. А. Симаков // Радиолокация, навигация, связь (ЯЬЫС*2004) : сб. докл. X междунар. конф. - Воронеж, 2004. -С. 51-56.

8. Давлеткалиев, Р. К. Оценка и анализ точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами / Р. К. Давлеткалиев, В. М. Терешко // Приоритеты военно-технической деятельности ФПС России по предупреждению и пресечению террористической деятельности на современном этапе : науч.-техн. сб. по материалам межвед. конф. / НИИТЦ ФПС. - М., 2003. - С. 48-50.

9. Давлеткалиев, Р. К. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала / Р. К. Давлеткалиев, И. В. Перетягин, В. В. Серых, А. И. Яникеев // Научные ведомости БелГУ. - 2001. -№2(15).-С. 118-122.

Ю.Давлеткалиев, Р. К. Повышение точности пеленгования источников радиоизлучения в диапазоне частот 0,2...2 ГГц / Р.К. Давлеткалиев,

B.А. Шахов // Научные ведомости БелГУ. - 2001. - № 2 (15). - С. 122-125.

11.Давлеткалиев, Р.К. Построение адаптивных систем пассивной радиолокации на принципах угломерной координатометрии / Р.К. Давлеткалиев // Научные ведомости БелГУ. - 2005. - № 2 (22). - С. 203-211.-(Сер. «Физика». Вып. 11).

12.Давлеткалиев, Р. К. Предложения по совершенствованию антенной системы станции обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения по результатам экспериментального исследования в натурных условиях /Р. К. Давлеткалиев // Актуальные вопросы разработки и внедрения высоких технологий в системы государственного и военного управления, образования, вооружения и военной техники военно-воздушных сил : тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. / ЯЗРИ ПВО. - Ярославль, 2002. - Ч. 1. ~

C. 34-35.

13. Давлеткалиев, Р.К. Применение мобильного пункта радиотехнического контроля «Охота» для обеспечения безопасности информационного пространства / Р.К. Давлеткалиев, АХ. Кузьменко, И.В. Перетягин, В.А. Симаков // Радиолокация, навигация, связь (И1,Ж:*2004): сб. докл. X междунар. конф. - Воронеж, 2004. - Ч. 1. -С. 45-50.

Подписано в печать 3.10.2005. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Усл. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 176. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в издательстве Белгородского государственного университета. 308015, г. Белгород, ул Победы, 85

»18443

РЫБ Русский фон,"

2006-4 16869

Список принятых сокращений.

Введение.

1. Разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

1.1. Общая характеристика системы координатометрии и радиотехнического контроля 85В6-А «Вега» и станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион».

1.2. Развитие алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения применительно к угломерным системам произвольной конфигурации.

1.3. Оценка и анализ точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

2. Синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов.

2.1. Статистический синтез алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры.

2.2. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы.

2.3. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала.

3. Теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора.

3.1. Теоретическое и экспериментальное исследование канала пеленгования станции 85В6-Е «Орион».

3.2. Оценка точности пеленгования источников радиоизлучения станцией обнаружения и пеленгования типа 85В6-Е «Орион».

3.3. Разработка рекомендаций по повышению точности пеленгования источников радиоизлучения в диапазоне частот 0,2.2 ГГц по результатам натурных испытаний.

3.4. Предложения по совершенствованию подъемно-мачтового устройства для антенной системы автоматизированной станции радиоконтроля по результатам экспериментального исследования.

3.5. Имитационное математическое моделирование моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой сигналов в спектрально-временном анализаторе.

Успехи в создании средств координатно-временного обеспечения систем контроля воздушного пространства привели к практическому воплощению многопозиционных комплексов координатометрии, основу которых составляют моноимпульсные пеленгаторы. От качественных показателей первичной обработки сигнальной информации в пеленгаторе зависит успех в решении задач координатометрии и распознавания источников радиоизлучения (ИРИ).

В последнее десятилетие прошлого века были созданы угломерные, разностно-дальномерные и угломерно-разностно-дальномерные системы и комплексы координатометрии и радиотехнического контроля (РТК): в США -комплекс "Тимпэк", в Германии - "Хелас", в Израиле - CR-2740A, во Франции -DR-3000, DR-4000, "Алтесс", "Саламандрэ", в Украине - "Кольчуга", в Чехии -"Рамона", "Тамара" [1,2,3].

В бывшем СССР и России большие теоретические исследования в области построения пассивных систем контроля воздушного пространства были проведены Аверьяновым В.Я. [4], Ширманом Я.Д. [5], Черняком B.C. [6], Перетягиным И.В. [7], Седышевым Ю.Н. [7], Скосыревым В.Н. [9] и другими. На основе проведенных исследований и полученных научных результатов в России разработаны и созданы станции и системы радио- и радиотехнического контроля "Орион", "Охота", "Вега" и др. Система координатометрии и РТК 85В6-А «Вега» поставлена инозаказчику и эксплуатируется на его территории с 2000 года. При размещении этой угломерной системы (УС) на местности была возможность создать ее симметричную конфигурацию, обеспечивающую наиболее эффективное выполнение предъявленных к ней тактико-технических требований.

В то же время при внедрении таких систем в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурация УС будет определяться их дислокацией, а не только теоретическими соображениями. Кроме того, при размещении мобильных систем на местности трудно обеспечить симметричную конфигурацию УС из-за особенностей ландшафта поверхности (болото, водоемы, лесной массив, горы и т.д.). В связи с этим актуальной является задача развития алгоритмов обработки информации применительно к УС произвольной конфигурации.

При выполнении диссертационного исследования в качестве базовой была выбрана система координатометрии и РТК 85В6-А «Вега».

Целесообразность выбора именно этой системы в качестве базовой для проведения диссертационного исследования обусловлена следующими причинами. Во-первых, эта система угломерная, а во-вторых, одной из целей диссертационного исследования является разработка практических рекомендаций по повышению качественных показателей систем именно такого типа. Кроме того, по результатам эксплуатации этой системы у инозаказчика можно проверить обоснованность и достоверность полученных новых научных результатов, выводов и рекомендаций.

Целью обработки радио- и радиотехнических сигналов в любой системе координатометрии и, в том числе и угломерной, является определение параметров и законов модуляции этих сигналов, а также измерение угловых координат источников их излучения. В отличие от активных систем контроля воздушного пространства, обрабатывающих отраженный сигнал заранее ожидаемой формы, решение указанных задач в пассивных системах контроля воздушного пространства затрудняется из-за большой априорной неопределенности частотно-временной структуры принимаемых сигналов. К числу основных неизвестных параметров сигналов можно отнести: форму и длительность ти, время их прихода, несущую частоту f0, ширину спектра П0, а также закон частотной или фазовой модуляции (манипуляции). Из-за наличия большого количества перечисленных выше неизвестных параметров сигналов вопросы их надежной обработки до сих пор разработаны явно недостаточно. В известной литературе рассмотрены лишь частные вопросы обработки радио- и радиотехнических сигналов. При этом структура сигналов в основном полагалась простой, время измерения их параметров достаточно большим, плотность потока сигналов достаточно малой, а методы их обработки полагались в большинстве своем эвристическими.

В связи с этим возникает необходимость решения задачи статистического синтеза алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры. Оценки разведывательных потенциалов для различных методов приема и обработки сигналов в известной литературе [10-12] получены для простых сигналов известной структуры на фоне гауссовых шумов и не дают ответа на случаи воздействия ансамбля сигналов произвольной структуры в многомерной области анализа по пространству, частоте (спектру) и времени, хотя эти случаи являются наиболее характерными для систем РТК. Поэтому системный, всесторонний выбор методов пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для систем РТК является актуальным, а решение об их применении может быть принято на основе математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов ИРИ, одинаковых при исследовании различных устройств обработки по пространству (угловым координатам), времени (запаздыванию) и частоте (спектру).

В классическом построении канала пеленгования ИРИ дискриминаторные характеристики получают непосредственно после усиления сигнала с выхода антенных систем. В то же время в состав канала станции обнаружения и пеленгования (СОП) 85В6-Е «Орион» входит спектрально-временной анализатор (СВА) сигналов с быстрым спектральным анализом (БСА) [13]. Для этого случая задача пеленгования мало изучена и требует своего решения. Ввиду сложности происходящих процессов при обработке информации решение этой задачи можно получить с использованием имитационного математического моделирования.

Проведенный краткий анализ дает основание считать тему диссертационного исследования актуальной.

Объектом исследования являются многопозиционные системы координатометрии и РТК.

Предметом исследования является угломерная многопозиционная система координатометрии и РТК произвольной конфигурации, а также методы первичной обработки сигнальной информации при быстром спектральном анализе.

Целью диссертационного исследования является совершенствование алгоритмов первичной обработки сигнальной информации в многопозиционных угломерных системах координатометрии и РТК произвольной конфигурации.

Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача, а именно: разработка алгоритмов обработки информации в угломерных системах при быстром спектральном анализе сигналов источников радиоизлучения.

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

- разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации;

- синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов;

- теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора;

- имитационное математическое моделирование моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации в спектрально-временном анализаторе.

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

Методы исследования: теоретические, экспериментальные и имитационное математическое моделирование.

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

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

2. Алгоритмы оптимальной первичной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов.

3. Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой сигналов в СВА.

4.Практические рекомендации по повышению точностных характеристик пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации в СВА.

Научная новизна работы заключается в совершенствовании методов и алгоритмов обработки информации при БСА сигналов ИРИ в угломерных системах произвольной конфигурации и содержит следующие результаты:

1. Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

2. Аналитические соотношения для оценки и анализа точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.

3. Совершенствование алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов и оценки несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы.

4. Результаты теоретического и экспериментального исследования канала пеленгования СОП 85В6-Е «Орион», анализ факторов, влияющих на точность пеленгования источников радиоизлучения.

5. Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе СВА.

Задача анализа моноимпульсного пеленгатора с обработкой информации в СВА по результатам математического моделирования поставлена и решена впервые.

Научная значимость результатов исследования заключается в совершенствовании методов и алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах, кроме этого полученные новые результаты расширяют представления о возможностях имитационного математического моделирования в решении задач обработки информации.

Созданные математические модели можно использовать в дальнейших научных исследованиях первичной обработки сигнальной информации с более полным учетом факторов, влияющих на качественные показатели пеленгатора.

Практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:

1. Полученные в первом разделе результаты позволяют оценить потенциальные возможности угломерных систем координатометрии и РТК при их развертывании в несимметричной, произвольной конфигурации, которую можно строить с учетом ландшафтных особенностей и инфраструктуры полигонов.

2. Созданная имитационная математическая модель моноимпульсного пеленгатора позволяет определять пути совершенствования аппаратуры и алгоритмов обработки информации.

3. Разработанные практические рекомендации позволяют повысить точностные характеристики пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации на выходе СВА.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на совпадении полученных научных результатов с результатами эксплуатации системы с симметричной конфигурацией "Вега". Полученные новым научные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противоречат общепринятым представлениям. Результаты имитационного математического моделирования совпадают с результатами многолетнего физического моделирования первичной обработки сигнальной информации в изделии 85В6-Е «Орион».

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

Материалы диссертационной работы были опубликованы в 13 печатных работах, из них статей 10.

Основные положения и результаты работы реализованы в опытных образцах системы РТК "Вега", станциях "Орион", "Охота".

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, списка использованных источников из 50 наименований. Содержание работы изложено на 133 листах машинописного текста, иллюстрируется 74 рисунками и 2 таблицами.

Выводы :

1. В СОП 85В6-Е «Орион» применены облучатели, состоящие из четырех ЛПВА. Экспериментально доказана целесообразность применения облучателей состоящих из трех ЛПВА.

2. В общем случае ошибки пеленгования состоят из:

- ошибок, вносимых средой распространения;

- ошибок, вносимых аппаратурой самого изделия.

Ошибки, вносимые средой распространения, обусловлены отражениями радиоволн от земли, водной поверхности или посторонних сооружений и препятствий на пути распространения радиоволн, а также рефракцией и деполяризацией волн.

Ошибки, обусловленные аппаратурой, зависят от несовершенства формирования ДН антенн и их неидентичности, неидентичности амплитудно-фазовых характеристик приемных каналов переносчика частоты, измерительного приемника и трактов передачи сигналов, а также устройства обработки и расчета пеленга. Эти ошибки могут быть снижены либо за счет технических усовершенствований (предъявление жестких требований к конструкции АС, увеличения частоты выдачи кода угла поворота АС) либо алгоритмически (формирование новых таблиц констант с определенной регулярностью при пеленговании имитатора контрольного сигнала с известным азимутом).

3. Имитационное моделирование показало, что при обработке информации необходимо учитывать свойства (амплитуду и ширину спектра) и положение в этой области доминирующего сигнала, идентифицированного с соответствующей антенной. Затем при помощи модели амплитудного моноимпульсного пеленгатора (АМП) находятся коэффициенты пропорциональности, связывающие их с константами приемных антенн, а именно: уровнями пересечения диаграмм направленности трех антенн и крутизной углового дискриминатора, а также выделяются признаки положения пеленгуемого ИРИ в главных лучах или в области боковых лепестков.

4. Особенности анализа широкополосного сигнала приводят, с одной стороны, к улучшению качества нормировки при ограниченном числе уровней квантования, а с другой - определения максимальных или средних значений огибающих спектров на частотах кодирования каналов.

5. Для обеспечения минимизации потерь обработки и значительного уменьшения скорости поступления данных путем преобразования сигналов и отсчетов в векторы параметров этих сигналов, адекватно отражающих свойства и режимы ИРИ, необходимо приближение информационных возможностей систем и алгоритмов обработки сигналов на выходе СВА к потенциальным.

Заключение

1. Трудность обеспечения на практике симметричности построения угломерных систем, делает наиболее востребованным произвольные варианты их построения, позволяющие учитывать ландшафтные особенности местности и инфраструктуру расположенных по близости объектов. Алгоритмы обработки информации в этом случае усложняются. Оценка координат ИРИ в УС реализуется за счет первичных измерений их азимутов и углов места в пунктах приема.

Задача моделирования процедуры оценивания пространственных координат ИРИ на основе первичных измерений азимутов Д и углов места е, решается посредством вычисления вектора параметров в прямоугольной системе координат. Используя рассчитанные оценки прямоугольных координат х, у, z цели, представленные в матричном виде, рассчитываются ее полярные координаты относительно произвольного пункта.

2. В случае произвольной конфигурации УС оцениванию подлежат СКО определения пространственных координат ах, ау, а: вектора состояния т = jjjc у z\ , которые линейно зависят от СКО первичных измерений азимута ар и угла места ст8. Причем наблюдается не один, а два вектора /?= Ц/?,-1| и £= fs,-1|, / = 1, п.

СКО измерения дальности при заданном значении СКО первичных измерений угла места определяется функциональным отношением двух видов дальностей до цели относительно приемных пунктов, горизонтальных г;г и наклонных Г;. Чем больше это отношение, тем меньше СКО ctz. Следовательно, с увеличением высоты цели и, соответственно, угла места значение ctz при той же горизонтальной дальности будет уменьшаться. Помимо этого, значения СКО стх, сту, ст2 будут уменьшаться с увеличением числа приемных пунктов, что особенно существенно при измерении угла места, ввиду относительно широких в вертикальной плоскости ДН антенн пассивных информационных систем контроля воздушного пространства.

3. В отличие от активных систем контроля воздушного пространства, обрабатывающих отраженный сигнал заранее ожидаемой формы решение задач определения параметров и законов модуляции сигналов, а также измерения угловых координат источников их излучения в пассивных системах затруднено из-за большой априорной неопределенности частотно-временной структуры принимаемых сигналов.

Для исключения принципиальной трудности практического вычисления логарифма отношения правдоподобия, связанной с неопределенностью структуры опорного сигнала X{t), предложено представить его виде обобщенного ряда Фурье. При разложении в ряд функции Котельникова вида Sinx/x, ввиду более легкого формирования в аппаратуре заменяются на совокупность сомкнутых, но неперекрывающихся между собой прямоугольных импульсов rect[t]=vFv(t) длительностью At<l/n0. Такое представление опорного сигнала позволило синтезировать алгоритм оптимальной обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры.

Обработка сигнала с неизвестной структурой включает два вида обработки: когерентную в пределах каждого из интервалов At и некогерентную от интервала к интервалу. На этапе когерентной обработки вычисляется парциальное значение ЛОП, а на этапе некогерентной обработки вычисленные значения суммируются.

4. Рассмотрены два метода вычисления оценок средней несущей частоты л

F принимаемого колебания на интервале длительностью г„. Первый основан л на вычислении среднего арифметического частных оценок Fv, полученных на интервалах длительностью At, второй - на основе обработки оценочного л л п опорного сигнала X(t) = ^bvxVv(t), сформированного при помощи л предварительно полученных максимально правдоподобных оценок bv коэффициентов модели сигнала bv. Из сопоставительного анализа следует, что второй метод является заметно более точным по сравнению с первым. По своей л точности он приближается к оценке F, которая может быть получена на основе обработки когерентного сигнала с известной формой огибающей X(t) опорного сигнала.

Ввиду сложности задачи пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для пассивных систем контроля воздушного пространства, ее решение может быть получено на основе имитационного математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов источников радиоизлучения, одинаковых при исследовании различных устройств обработки по пространству (угловым координатам), времени (запаздыванию) и частоте (спектру).

5. Проведенные экспериментальные исследование в полунатурных условиях канала пеленгования станции 85В6-Е «Орион» показали, что при пеленговании целесообразно использовать зеркальные антенны с облучателями, состоящими не из четырех, как сейчас, а из трех ЛПВА.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований сделан анализ ошибок, вносимых средой распространения, и ошибок, вносимых аппаратурой изделия.

Ошибки, вносимые средой распространения, обусловлены отражениями радиоволн от земли, водной поверхности или посторонних сооружений и препятствий на пути распространения радиоволн, ,а также рефракцией и деполяризацией волн.

Ошибки, обусловленные аппаратурой, зависят от несовершенства формирования ДН антенн и их неидентичности, неидентичности амплитудно-фазовых характеристик приемных каналов переносчика частоты, измерительного приемника и трактов передачи сигналов, а также устройства обработки и расчета пеленга. Эти ошибки могут быть снижены либо за счет технических усовершенствований (предъявление жестких требований к конструкции АС, увеличения частоты выдачи кода угла поворота АС) либо алгоритмически (формирование новых таблиц констант с определенной регулярностью при пеленговании имитатора контрольного сигнала с известным азимутом).

7. На основе ряда проведенных экспериментальных исследований даны практические рекомендации по усовершенствованию АС диапазона 0,2.2 ГГц: для пеленгования предложено использовать две ЛПВА, которые необходимо установить по бокам антенной головки, где они вместе с антеннами диапазона 2.18 ГГц будут вращаться в азимутальной плоскости. Таким образом, число антенн, используемых в диапазоне частот 0,2.2 ГГц, уменьшено с 4-х на неподвижной мачте до 2-х на вращающейся антенной головке.

8. Для решения задачи пеленгования ИРИ по результатам обработки сигналов на выходе СВА, для комплексного решения вопросов согласования динамического диапазона входных сигналов и тракта СВА, а также оценки влияния нелинейных эффектов при наличии ограничения в каналах структурная схема модели СВА с БСА была доработана. В схему модели дополнительно были включены блоки ограничителя сигналов, каналы имитации трех антенн (левая, правая, подавления боковых лепестков), состоящие из системы частотного кодирования и уплотнения, соответствующих аттенюаторов и блоков формирования собственных (коррелированных шумов).

Исследование модели АМП позволило подробно изучить наиболее характерные для пассивных систем РТК случаи воздействия ансамбля сигналов произвольной структуры в многомерной области анализа. Методика трехчастотного кодирования каналов АМП при многоуровневом квантовании на выходе СВА позволяет выделить доминирующий сигнал, идентифицированный с соответствующей антенной и найти разность их уровней. В алгоритмах измерения угловых координат при обработке сигналов в СВА вычислительными константами являются уровни пересечения главных лепестков ДН правой, левой антенн и ДН антенны ПБЛ между собой, относительно максимумов ГЛ ДН антенн (2,5; 12 дБ - соответственно). Помимо этого, метод трехчастотного кодирования антенн АМП позволяет расширить сектор обнаружения при обзоре пространства зеркальными антеннами и антенной ПБЛ.

Особенности анализа широкополосного сигнала в модели АМП приводят, с одной стороны, к улучшению качества нормировки при ограниченном числе уровней квантования, а с другой - определения максимальных или средних значений огибающих спектров на частотах кодирования каналов.

Системный, всесторонний выбор методов пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для систем РТК является актуальной задачей и решение об их применении может быть принято на основе имитационного математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов источников радиоизлучений (ИРИ), одинаковых при исследовании различных устройств обработки по пространству, времени и частоте.

9. По результатам выполненной работы можно сделать вывод о том, что научная задача, поставленная в предлагаемой работе решена, цели достигнуты. Решение поставленной научной задачи, заключающейся в совершенствовании алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах координатометрии, позволило:

- разработать алгоритмы и получить аналитические выражения для оценки точностных характеристик координатометрии ИРИ применительно к угломерным системам произвольной конфигурации;

- синтезировать алгоритм оптимальной первичной обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры, позволяющий получать оценки несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы;

- при помощи имитационной математической модели моноимпульсного пеленгатора провести исследования первичной обработки сигнальной информации с учетом многочисленных факторов, влияющих на качественные показатели пеленгатора (амплитудная идентичность каналов, собственные шумы системы, ограниченность входного динамического диапазона и др.);

- на основе натурных экспериментов и результатов исследования модели АМП дать практические рекомендации по повышению точностных характеристик пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации в спектрально-временном анализаторе.

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

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

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

4. Аверьянов, В.Я. Основы теории и практического применения разнесенных радиолокационных станций и систем: дис. док. техн. наук.-Минск., МВИЗРУД966. 145 с.

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

6. Черняк, B.C. Многопозиционная радиолокация / B.C. Черняк. М.: Радио и связь, 1993. - 415 с.

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

8. Скосырев, В. Н. Метод повышения точности определения угловой координаты помехоносителя в разнесенной системе пассивной радиолокации / В. Н. Скосырев // Вопросы кораблестроения. 1983. - Вып. 37. Сер. PJIT. -320 с.

9. Лёзин, Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: учеб пособие для вузов / Ю.С. Лёзин. М.: Радио и связь, 1986. — 280 с.

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

11. Слока, В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов / В.К. Слока. М.: Сов. радио, 1970. - 256 с.

12. Винницкий, А.С. Автономные радиосистемы / А.С. Винницкий. М.: Радио и связь, 1986. - 336 с.

13. Финкелыптейн, М.И. Основы радиолокации / М.И. Финкельштейн. -М.: Радио и связь, 1983. 536 с.

14. Кондратьев, B.C. Многопозиционные радиотехнические системы / B.C. Кондратьев, А.Ф. Котов, Л.Н.Марков; под ред. В.В. Цветнова.- М.: Радио и связь, 1986.-264 с

15. Бакулев, П.А. Радиолокационные и радионавигационные системы / П.А. Бакулев, А.А. Сосновский. М.: Радио и связь, 1994. - 296 с.

16. Сайбель, А.Г. Основы теории точности радиотехнических методов местоопределения: учебное пособие / А.Г. Сайбель. Оборонгиз, 1958. - 54 с.

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

18. Давлеткалнев, Р. К. Особенности практической реализации станции радиотехнической разведки «Орион» : докл. на X междунар. конф «Радиолокация, навигация, связь (RLNC*2004)» / Р.К. Давлеткалиев,

19. A. Г. Кузьменко, И. В. Перетягин, В. А. Симаков // Радиолокация, навигация, связь (RLNC*2004) : сб. докл. X междунар. конф. Воронеж, 2004. -С. 51-56.

20. Давлеткалиев, Р.К. Построение адаптивных систем пассивной радиолокации на принципах угломерной координатометрии / Р.К. Давлеткалиев // Научные ведомости БелГУ. 2005. - № 2 (22). -С. 203-211. - (Сер. «Физика». Вып. 11).

21. Вакин, С. А. Основы радиоэлектронной борьбы / С. А. Вакин, Л. Н. Шустов. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1998.-433 с.

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

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

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

25. Кочемасов, В. Н. Акустоэлектронные Фурье-процессоры /

26. B. Н. Кочемасов, Е. В.Долбня, Н. В. Соболь. М.: Радио и связь, 1987.-168 с.

27. Родимов, А.П. Статистическая теория поляризационно-временной обработки сигналов и помех / А.П. Родимов, В.В. Поповский. М.: Радио и связь, 1984.-272 с.

28. Мэтьюз, Г. Фильтры на поверхностных акустических волнах: расчет, технология и применение / Г. Мэтьюз; пер. с англ; под ред. В.Б. Акпамбетова. М.: Радио и связь, 1981. - 472 с.

29. Оливер, А. Поверхностные акустические волны / А. Оливер ; пер. с англ., под ред. И.С. Реза. М.: Мир, 1981. - 390 с.

30. Давлеткалиев, Р. К. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала / Р. К. Давлеткалиев, И. В. Перетягин,

31. B. В. Серых, А. И. Яникеев // Научные ведомости БелГУ. 2001. - № 2 (15).1. C.118-122.

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

33. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. — М.: Высшая школа, 1999. 576 с.

34. Лёзин, Ю.С. Техника обработки сигналов в радиотехнических системах / Ю.С. Лёзин, Ю.И. Пахомов, И.Д. Кротов .- Горький, Горьковский политехнический институт, 1979. 94 с.

35. Леонов, А.И. Моноимпульсная радиолокация / А.И.Леонов, К.И. Фомичёв. М.: Радио и связь, 1984.-312 с.

36. Справочник по радиолокации / под ред. М.Сколника; пер. с англ.; под общей ред. К.Н. Трофимова. В 4 т. Т. 2. Радиолокационные антенные устройства / под ред. П.И. Дудника. М.: Сов. радио, 1977. - 408 с.

37. Теоретические основы радиолокации / под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. Радио, 1970.- 560 е.

38. Давлеткалиев, Р. К. Повышение точности пеленгования источников радиоизлучения в диапазоне частот 0,2.2 ГГц / Р.К. Давлеткалиев, В.А. Шахов // Научные ведомости БелГУ. 2001. - № 2 (15). - С. 122-125.

39. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.Н. Антипов, В.Т. Горяинов и др.; под ред. В.Т. Горяинова. М.: Радио и связь, 1988. - 304 с.

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

41. Левин, Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники / Б.Р. Левин В 3 т. Т.З. М.: Сов. радио, 1976. - 288 с.

42. Винтовой механизм : пат. 2226246 Рос. Федерация / Алексеев В.А., Давлеткалиев Р.К., Перетягин И.В.; заявитель и патентообладатель «НПП «Спец-Радио». №2002116729; заявл. 21.06.2002; опубл. 27.03.2004 (зарегистрирован в гос. реестре изобретений РФ)

43. Свердлик, М.Б. Оптимальные дискретные сигналы / М.Б. Свердлик -М.: Сов. радио, 1975. 200 с.

44. Бакулев, П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей / П.А. Бакулев, В.М.Степин. М.: Радио и связь, 1986. - 288 с.