Метод и алгоритмы оценивания координат и скоростей объектов в доплеровских системах на основе локальных аппроксимационных моделей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Фирсов Алексей Андреевич

• Фирсов Алексей Андреевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Фирсов Алексей Андреевич

Введение

Раздел 1. Задачи оценивания координат и скоростей движущихся объектов для доплеровских систем

1.1. Обзор конструкций доплеровских систем

1.2. Анализ методов и алгоритмов обработки сигналов в доплеровских системах

1.3. Общая постановка задачи оценивания координат и скоростей объектов на основе локальных аппроксимационных моделей для доплеровских систем

Выводы к разделу

Раздел 2. Разработка метода на основе локальных аппроксимационных моделей для оценивания координат и скоростей движущихся объектов в доплеровских системах

2.1. Структура метода на основе локальных аппроксимационных моделей в доплеровских системах

2.2. Оценивание координат и скоростей объектов для доплеровских акустических систем

2.3. Пространственное разрешение излучателей для доплеровских акустических систем

2.4. Фильтрация помеховых отражений для доплеровских акустических систем

2.5. Оценивание доплеровских скоростей объекта для радиосистем

2.6. Оценивание доплеровских скоростей вибрирующих объектов для лазерных систем

Выводы к разделу

Раздел 3. Разработка алгоритмов оценивания координат и скоростей движущихся объектов на основе локальных аппроксимационных моделей

3.1. Алгоритм оценивания координат и скоростей объектов для доплеровских акустических систем

3.2. Алгоритм пространственного разрешения излучателей для доплеровских акустических систем

3.3. Алгоритм фильтрации помеховых отражений для доплеровских акустических систем

3.4. Алгоритм оценивания доплеровских скоростей для радиосистем

3.5. Алгоритм оценивания доплеровских скоростей вибрирующих объектов для лазерных систем

Выводы к разделу

Раздел 4. Расчет погрешностей разработанных метода и алгоритмов оценивания координат и скоростей движущихся объектов на основе локальной аппроксимации доплеровских сигналов

4.1. Погрешности оценивания координат и скоростей объектов для доплеровских акустических систем

4.2. Эффективность пространственного разрешения излучателей для доплеровских акустических систем

4.3. Погрешности фильтрации помеховых отражений для доплеровских акустических систем

4.4. Погрешности оценивания доплеровских скоростей для радиосистем

4.5. Погрешности оценивания доплеровских скоростей вибрирующих объектов для лазерных систем

Выводы к разделу

Заключение

Список используемой литературы

3

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод и алгоритмы оценивания координат и скоростей объектов в доплеровских системах на основе локальных аппроксимационных моделей»

Введение

В диссертационной работе решалась научно-техническая задача создания, исследования эффективности и применения метода и алгоритмов оценивания декартовых координат и скоростей движущихся объектов на основе локальных аппроксимационных моделей для доплеровских систем, работающих в акустическом, радио и оптическом диапазонах.

Актуальность темы. Диссертационная работа соответствует высоким требованиям к решению современных задач оценивания координат и скоростей движущихся объектов на базе доплеровских систем в экспериментальной механике, физике, медицине, биологии и т.д.

Традиционные доплеровские системы ориентированы на измерение скоростей движущихся объектов. Существующие методы и алгоритмы, разработанные для указанных систем, в основном, производят вычисления усредненных оценок доплеровских скоростей. Однако, системы данного класса могут применяться для более широкого диапазона решаемых задач. Предлагаемая диссертационная работа посвящена разработке метода и алгоритмов оценивания декартовых координат, скоростей и частот излучения движущихся объектов в виде функций времени.

Перед современными доплеровскими системами ставятся задачи по фильтрации помеховых отражений в сигналах, обеспечению пространственного разрешения движущихся на малом расстоянии друг от друга объектов и извлечения дополнительной информации из доплеровских сигналов. Диссертационная работа позволяет решать эти задачи.

Диссертационная работа ориентирована на повышение показателей точности измерений доплеровских систем.

В настоящее время компьютерные средства с существующими параметрами быстродействия и объемами памяти позволяют реализовывать достаточно сложные алгоритмы оценивания кинематических параметров объектов для доплеровских систем. Метод и алгоритмы, предложенные в диссертационной работе, базируются на использовании современных

5

компьютерных средств. Применение ЭВМ следующего поколения позволяет расширить предложенные методы и алгоритмы.

Диссертационная работа содержит ряд инновационных составляющих, которые позволяют произвести качественное улучшение доплеровских систем: 1. Расширение функциональных возможностей систем; 2. Упрощение конструкций; 3. Повышение показателей точности и надежности; 4. Обеспечение унификации на основе использования единой системы методов и алгоритмов для доплеровских устройств разного типа.

Перечисленные выше аргументы позволяют сделать вывод об актуальности темы предлагаемой диссертационной работы.

Цель исследования - разработка метода и алгоритмов оценивания координат и скоростей движущихся объектов на основе локальных аппроксимационных моделей для доплеровских систем.

Объектом исследования являются непрерывные и квазинепрерывные доплеровские сигналы от акустических, радио и оптических систем, характеризуемые нестационарностями и сложными структурами, которые определяются конструкциями указанных систем, физическими принципами их работы и внешними возмущениями.

Предметом исследования являются метод и алгоритмы оценивания координат и скоростей движущихся объектов на основе локальных аппроксимационных моделей для доплеровских систем, работающих в акустическом, радио и оптическом диапазонах частот.

Основные задачи исследования:

1. Создание метода оценивания координат и скоростей объектов на основе локальных аппроксимационных моделей для доплеровских систем.

2. Разработка алгоритмов и их программных реализаций для решения задачи оценивания координат и скоростей движущихся объектов.

3. Оценивание погрешностей предложенных метода и алгоритмов на основе математического и статистического моделирования.

4. Проведение экспериментальной проверки разработанных метода и алгоритмов на реальных данных.

Методы исследования. В диссертации применяются методы системного анализа, теории принятия решений и последовательного анализа, цифровой обработки сигналов, математического программирования и оптимизации, статистического анализа и математического моделирования.

Теоретическая и методологическая основа базируется на работах отечественных и зарубежных специалистов в области теории и применения акустических, радио и лазерных систем, цифровой обработки сигналов, математического программирования и статистического анализа экспериментальных данных: Urick R.J., Burdic W.S., Маслов В.К., Торопов В.Н., Теверовский В.И., Skolnik M.I., Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Васильев В.Н., Гуров И.П., а также Himmelblau D., Oppenheim A.V., Bendat J.S., Piersol A.G.

Научная новизна результатов работы:

1. Метод оценивания координат и скоростей движущихся объектов на основе цифровой обработки нестационарных и структурно сложных доплеровских сигналов от акустических, радио и оптических систем, который является новым благодаря использованию локальных аппроксимационных моделей, являющихся линейными по части параметров, что снижает размерность поисковых процедур.

2. Единые по своей структуре алгоритмы оценивания кинематических параметров объектов на основе предложенного метода.

3. Новое решение задачи оценивания координат и скоростей объектов для доплеровских акустических систем, позволяющее производить измерения на дальних дистанциях и не требующее длительных наблюдений.

4. Новое решение задачи пространственного разрешения излучателей для доплеровских акустических систем, находящихся на малом расстоянии друг от друга и генерирующих излучения на близких или равных частотах.

5. Решение актуальной задачи устранения помеховых отражений для доплеровских акустических систем, учитывающее флюктуирующие и рассеянные отражения.

6. Решение актуальной задачи оценивания быстроизменяющихся доплеровских скоростей объектов для радиосистем, которое учитывает внешние помеховые возмущения.

7. Новое решение задачи оценивания доплеровских скоростей вибрирующих объектов для лазерных систем, не требующее применения оптических гетеродинных устройств.

Новые результаты защищены 4 охранными документами Федеральной службы по интеллектуальной собственности (Роспатент).

Практическая и научная значимость исследования:

1. Предложенные метод и алгоритмы расширяют функциональные возможности существующих доплеровских систем. Производится оценивание декартовых координат, скоростей и частот излучения движущихся объектов в виде функций времени.

2. Созданные метод и алгоритмы обеспечивают упрощение конструкций доплеровских систем. Для оптической доплеровской системы предлагается схема без оптического гетеродина в отличие от существующих лазерных доплеровских виброметров (ЛДВ). Для радио и акустических доплеровских систем предлагаются для использования простые схемы.

3. Разработанные метод и алгоритмы позволяют уменьшить показатели погрешностей. В зависимости от используемой доплеровской системы и решаемой задачи увеличение точности составляет от 1.1 до 4 раз.

4. Предложенная технология цифровой обработки доплеровских сигналов позволяет создавать современные методы и алгоритмы оценивания координат и скоростей объектов для доплеровских систем.

5. Разработанные метод и алгоритмы универсальны применимо к

доплеровским системам, работающим в акустическом, радио и оптическом

диапазонах, и могут быть использованы для многих приложений, где

8

необходимо произвести оценивание координат и скоростей движущихся объектов. Например, для измерения кинематических параметров беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в городских условиях, вакуумных поездов в тоннелях при помощи внешних контролирующих устройств и бесконтактной виброметрии опасных для жизни человека и хрупких объектов.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Метод оценивания координат и скоростей движущихся объектов в доплеровских системах на основе локальных аппроксимационных моделей.

2. Решение задачи оценивания координат и скоростей объектов как функций времени для доплеровских акустических систем.

3. Решение задачи пространственного разрешения излучателей для доплеровских акустических систем.

4. Решение задачи устранения помеховых отражений для доплеровских акустических систем.

5. Решение задачи оценивания доплеровских скоростей объектов как функций времени для радиосистем.

6. Решение задачи оценивания доплеровских скоростей вибрирующих объектов как функций времени для лазерных систем.

7. Алгоритмы, разработанные на основе предложенного метода, для решения указанных задач.

8. Погрешности реализованных метода и алгоритмов.

Достоверность результатов обеспечивается строгим использованием математического аппарата и тем, что экспериментально полученные результаты соответствуют теоретическим положениям диссертации.

Реализация результатов. Созданные метод и алгоритмы реализованы в виде программ для ЭВМ и зарегистрированы в Роспатенте. Научные и практические результаты, представленные в диссертации, внедрены и использованы в организациях:

1. ФГУП ВНИИФТРИ при выполнении эскизного проекта ОКР Батарея-ТОФ, реализуемого в соответствии с Государственным заказом.

2. ООО ИНТЕРЮНИС-ИТ в рамках проекта по разработке систем вибрационного мониторинга Лель-М/A-Line 32D (DDM-M).

Копии актов внедрения результатов работы и свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ приведены в приложениях 1-6 диссертации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 11 конференциях:

1. Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. 2011, 2012, 2013, 2014, 2015.

2. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. НИУ МЭИ. Москва. 2011, 2012, 2013.

3. Международная конференция Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA. РНТОРЭС им. А.С. Попова. Москва. 2012.

4. Всероссийская конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике. РОНКТД. Москва. 2014.

5. Форум Территория NDT. РОНКТД. Москва. 2016.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 18 печатных работах, из них 3 в журналах, входящих в перечень ВАК и представленных в базе данных научной периодики Scopus, и 1 в журнале, входящем только в перечень ВАК. Также получено 4 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. Все научные и практические результаты, представленные в диссертации, получены автором лично или с участием коллег-соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 121 печатных

страниц текста и состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка

литературы и 6 приложений. Основная часть диссертации содержит 115

страниц текста и 32 рисунка. Список литературы включает 119 источников.

10

Приложение включает копии актов внедрения и копии свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Раздел 1. Задачи оценивания координат и скоростей движущихся объектов для доплеровских систем

В рамках выполняемой работы целесообразно рассмотреть существующие доплеровские системы, работающие в акустическом, радио и оптическом диапазонах, описать их общие схемы и модели формируемых доплеровских сигналов, а также провести анализ методов и алгоритмов оценивания кинематических параметров движущихся объектов, используемых в указанных системах. Подобное описание необходимо для постановки задачи, решаемой в данной работе. 1.1. Обзор конструкций доплеровских систем

Традиционные доплеровские системы позволяют производить усредненную оценку скоростей движущихся твердых тел, жидких и газообразных сред. Данные системы можно разделить на несколько типов: в зависимости от природы излучения - акустические системы [54, 64], радиосистемы [113] и оптические (лазерные) системы [61, 80], по виду излучения - системы с непрерывным и квазинепрерывным излучением, в соответствии со схемой работы - активные [70] и пассивные системы [24, 30, 84].

Далее рассмотрим более подробно основные схемы доплеровских систем, работающих в акустическом, радио и оптическом диапазонах.

Доплеровские акустические системы имеют простую конструкцию и представляют собой разнесенный набор акустических приемников, соединенных каналом связи с модулем цифровой обработки непрерывных доплеровских сигналов. Конструкции данных устройств можно описать при помощи единой схемы.

Общая схема доплеровских акустических систем сформирована на основе [6, 47, 67, 104] и представлена на рис. 1.1. Объект (1), являющийся источником акустических колебаний, движется в пространстве. Акустический сигнал от объекта регистрируется приемником (2). Вследствие

эффекта Доплера происходит изменение частоты принимаемого сигнала.

12

Зарегистрированный доплеровский сигнал поступает на усилитель (3) и далее на АЦП (4). В ЭВМ (5) реализуется цифровая обработка доплеровского сигнала и производится оценка доплеровской скорости уа° движущегося объекта.

Рис. 1.1. Общая схема доплеровских акустических систем: 1. Движущийся объект;

2. Приемник; 3. Усилитель; 4. АЦП; 5. ЭВМ

Наблюдаемый непрерывный доплеровский акустический сигнал yA(t) с выхода приемника может быть представлен в общем виде:

yA(t) = EA(t) cos <pdA(t) + wA(t), 0<t<tf, (1.1)

где EA(t) - амплитуда, изменяющаяся обратно пропорционально дальности от источника до приемника, ^ал(^) - доплеровская фазовая функция выходного сигнала от приемника, wA(t) - аддитивная помеховая составляющая (погрешность наблюдений), являющаяся случайной функцией времени.

Доплеровские акустические системы главным образом применяются для определения скоростей объектов, выполняющих движение в водной среде, где затухание акустических волн происходит существенно медленнее радиоволн. В качестве примера гидроакустических устройств можно привести разработки ВНИИФТРИ (Московская область): система обнаружения объекта на дистанциях подхода в составе СГАС-496Э [50, 76, 77], система локализации отдельных источников излучения на базе комбинированного приемника [25]; Sperry (США): ГАС пассивного измерения КПДЦ для ПЛ AN/BQG-4 [47, 89]; Thomson (Франция): ГАС пассивного измерения КПДЦ DUUX-5 [47, 89]; Atlas Elektronik (Германия): ГАС пассивного измерения КПДЦ PRS-3 [47, 89].

Доплеровские акустические системы также применяются в воздушной среде, но значительно реже. Данные устройства были предшественниками радиосистем и сейчас используются в основном в закрытых для радиоволн участках местности. Defence Science and Technology Organisation (Австралия) занимается разработкой наземных акустических доплеровских систем, определяющих скорости воздушных судов [94, 96, 109]. Также ряд иностранных институтов, например Universidade de Vigo (Испания) [98] и Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Швейцария) [100-102], принимает участие в разработке акустических доплеровских систем для контроля дорожного движения, которые позволяют определять скорость транспортных средств.

Доплеровские радиосистемы в основе своих конструкций имеют различные радиолокаторы с непрерывным излучением колебаний, которые достаточно полно описаны в классических работах по радиолокации [62, 71, 82, 113]. Рассмотрим основные схемы данных устройств.

Простейшая схема РЛС непрерывного излучения (РЛС НИ) представлена на рис. 1.2. Объект (1) движется относительно РЛС с радиальной (доплеровской) скоростью . Генератор (4) вырабатывает постоянные (смодулированные) колебания с частотой /0, которые проходят через развязывающее устройство (3) и попадают в приемопередающую антенну (2) и на вход смесителя (5). Антенна излучает, а затем принимает радиосигнал, который отражается от объекта. Во время отражения частота сигнала модулируется доплеровской скоростью объекта и становится равной fo±fd, при этом доплеровская частота fa имеет знак плюс в случае приближения объекта к РЛС и знак минус в случае его удаления. Принятый отраженный сигнал поступает на вход смесителя, где он смешивается с прямым сигналом генератора. В результате смешения возникает биение с доплеровской частотой fa, а знак fa теряется. По факту смеситель является детектором, выделяющим биения. Их усиление происходит далее в

усилителе (6). В роли индикатора (7) может выступать частотомер, отсчитывающий скорость объекта.

2

Рис. 1.2. Схема РЛС НИ: 1. Движущийся объект; 2. Приемопередающая антенна;

3. Развязывающее устройство; 4. Генератор; 5. Смеситель; 6. Усилитель; 7. Индикатор [113]

Отраженный от движущегося объекта радиосигнал Ук(£) может быть представлен следующим образом:

УК(Х) = кЕ0 соз(2п(Г0 ± + (р0) + пя(г), °<г<гг, (1.2)

где Е0 - амплитуда излучаемого сигнала, к - постоянная, определяемая уравнением дальности радиолокации, ^ - частота генератора, fa -доплеровский сдвиг частоты, фо - постоянный сдвиг фазы, зависящий от дальности первоначального обнаружения, ( £) - погрешность наблюдений.

Схема РЛС непрерывного излучения с частотной модуляцией (РЛС НИ с ЧМ) представлена на рис. 1.3. Для образования частоты биений часть излучаемого сигнала вводится напрямую в приемное устройство через кабель в качестве опорного сигнала. В идеальном случае между передающей (2) и приемной (6) антеннами обеспечивается достаточно большая развязка. Это сводит к минимуму помеховое влияние от просачивания излучаемого сигнала из передающего устройства в приемное, возникающее из-за связи между антеннами. Производится усиление и ограничение сигнала с частотой биений для устранения амплитудных флуктуаций. Калиброванный в единицах дальности и производящий счет периодов частотомер (9) выполняет измерение частоты амплитудно ограниченных биений.

о

2

4

5| 7| л 9| 10

6

Рис. 1.3. Схема РЛС НИ с ЧМ: 1. Движущийся объект; 2. Передающая антенна; 3. ЧМ передатчик; 4. Модулятор; 5. Смеситель; 6. Приемная антенна; 7. Усилитель; 8. Ограничитель;

9. Счетчик частоты; 10. Индикатор [113]

Общая схема доплеровских радиосистем сформирована на основе указанных выше устройств и представлена на рис. 1.4.

1

2

У я (О

3

3

Рис. 1.4. Общая схема доплеровских радиосистем: 1. Движущийся объект; 2. Приемопередающая антенна; 3. Переключатель; 4. Передающее устройство; 5. Приемное

устройство; 6. АЦП; 7. ЭВМ

Объект (1) движется в пространстве. Передающее устройство (4) формирует электронный сигнал с постоянной несущей частотой, который проходит через переключатель (3) и попадает на вход приемного устройства (5) и в приемопередающую антенну (2). Движущийся объект облучается непрерывным радиосигналом. Вследствие эффекта Доплера происходит

изменение частоты отраженного радиосигнала. В блоке гетеродина из излученного и принятого сигналов выделяется доплеровский сигнал, который поступает в АЦП (6) для усиления и в ЭВМ (7) для оценивания скорости объекта.

Наблюдаемый непрерывный доплеровский сигнал yR (t) с выхода приемника может быть представлен в общем виде:

yR(t) = erw cos(2nAfht + cpdR(t)) + WR(t), 0<t<tf, (1.3)

где ER(t) - медленно меняющаяся амплитуда, Afh - частота гетеродинного сдвига, <PdR(t) - доплеровская фазовая функция, wR(t) - аддитивная помеховая составляющая.

Доплеровские радиосистемы используются для обнаружения движущихся объектов, измерения доплеровских скоростей и расстояний до объектов. В качестве примера данных устройств можно привести разработки иностранных компаний Weibel Scientific (Дания): корабельные версии РЛС 1-kW и 240-W [90], РЛС RR-2100 [112]; BAE Systems (Великобритания): CW Doppler Radar [87].

Доплеровские радиосистемы также применяются для решения узкоспециальных задач. Отечественные компании: Симикон (Санкт-Петербург) [1, 31-34, 40-43], Ольвия (Санкт-Петербург) [35-39] и Системы передовых технологий (Нижний Новгород) [44], производят устройства, используемые в полиции для контроля движения автотранспорта. Иностранных компании такие, как Prototypa (Чехия) [108], High Pressure Instrumentation (Австрия) [81] и Weibel Scientific (Дания) [107], разрабатывают системы для измерения скоростей баллистических объектов.

Доплеровские оптические системы представляют собой лазерные системы, принцип действия которых основан на явлении интерференции [58]. Общий обзор лазерных интерферометрических и дифракционных систем представлен в [29, 46]. Рассмотрим наиболее распространенные схемы доплеровских лазерных систем.

Схема лазерных доплеровских виброметров (ЛДВ) [91] представлена на рис. 1.5. Лазер (2) излучает непрерывный оптический сигнал, который проходит через оптический делитель и разделяется на два сигнала равной мощности: измерительный и опорный. Измерительный сигнал попадает на поверхность вибрирующего объекта (1) и отражается от нее. Вследствие эффекта Доплера в отраженном оптическом сигнале происходит сдвиг частоты f(l(t), который описывается известной формулой:

л

(1.4)

где уа - нормальная составляющая виброскорости поверхности, Л - длина волны лазера, Л/0 = с, ^ - частота излучения лазера (несущая частота), с -скорость света. Опорный сигнал проходит через акустооптический модулятор, где его частота изменяется на заданное значение ^. Прошедшие разные пути два оптических сигнала попадают на апертуру фотоприемника (4) и складываются. Далее сформированный доплеровский сигнал усиливается, оцифровывается и поступает на ЭВМ для вычисления виброскорости объекта.

1

+

Рис. 1.5. Схема ЛДВ: 1. Вибрирующая поверхность; 2. Лазер; 3. Оптическая система;

4. Фотоприемник; 5. АЦП; 6. ЭВМ

Наблюдаемый на выходе фотоприемника доплеровский оптоэлектронный сигнал Уо(^) может быть представлен в следующем виде: Уо(1) = кЕ0 соз(2п(/т + Го)1 + Аср) + п0(г), °<г<гг, (1.5)

с

где к - коэффициент чувствительности фотоприемника, Е0 - амплитуда сигнала, Е0 = 2к(РаРт)1/2, Ар - разность фаз измерительного и опорного сигналов, \м0 ( €) - погрешность наблюдений.

Общая схема доплеровских оптических систем сформирована на основе интерферометра Майкельсона [58] и представлена на рис. 1.6. Лазер (2) генерирует непрерывный лазерный сигнал, который проходит через систему зеркал (3) и облучает вибрирующий объект (1). На объект наклеена специальная отражающая пленка, реализующая круговую диаграмму отражения. Вследствие эффекта Доплера в отраженном оптическом сигнале происходит доплеровский сдвиг частоты. Прямой и отраженный оптический сигнал попадают на апертуру фотоприемника (4), где происходит их сложение. Далее сигнал усиливается. Сформированный доплеровский сигнал поступает на АЦП (5) и ЭВМ (6) для оценивания виброскорости объекта.

1

3

Уо (*)

Рис. 1.6. Общая схема доплеровских оптических систем: 1. Вибрирующая поверхность; 2. Лазер;

3. Система зеркал; 4. Фотоприемник; 5. АЦП; 6. ЭВМ

Наблюдаемый доплеровский оптоэлектронный сигнал у0 может быть представлен в общем виде:

Уо(0 = Е01 + Е0 соБ(раоЮ) + ЮоЮ, °<г<гТ, (1.6)

где Е01 - параметр, определяющий уровень постоянной засветки апертуры,

Е0 - параметр, определяющий глубину модуляции засветки, Рао(^) -

доплеровская фазовая функция, получаемая при сложении, w0(t) -аддитивная помеховая составляющая.

о

а

Доплеровские оптические системы главным образом применяются для определения параметров вибраций объектов и измерения скорости потока в жидких и газообразных средах. Лазерные доплеровские виброметры позволяют производить бесконтактные измерения хрупких и малых объектов, доступ к которым ограничен, в опасных для человека условиях [19]. В работах [88, 116] представлены примеры использования указанных систем в CERN (Швейцария) и для ряда музейных комплексов. Разработкой и производством ЛДВ занимаются несколько иностранных и отечественных компаний, например Polytec (Германия, Австрия): OFV-5000 Vibrometer Controller, OFV-505/503 Vibrometer Sensor Head [105]; MetroLaser (США): VibroMet 500V [115]; Bruel & Kjaer (Дания) и Ometron (Великобритания): Type 8329 [92, 103]; Aries (Испания): Vela [114]; Ono Sokki (Япония): Laser Doppler Vibrometer LV-1800 [99]; Лазерная техника (Новосибирск): лазерный виброметр LV-2 [51]; Кварц (Нижний Новгород): виброметр лазерный портативный [9, 49]: СГУ имени Н.Г. Чернышевского (Саратов): экспериментальные установки [60, 68].

1.2. Анализ методов и алгоритмов обработки сигналов в доплеровских системах

Функциональные возможности доплеровских систем определяются не только конструкциями, но и используемыми методами и алгоритмами обработки сигналов [4, 8, 15, 28, 56]. Рассмотрим основные методы и алгоритмы, применяемые для обработки доплеровских сигналов в современных измерительных системах.

Базовые методы цифровой обработки сигналов в системах локации преимущественно основываются на триангуляционных [26] и корреляционных [5] алгоритмах. Данные методы обладают низкой точностью и малоэффективны в применении к доплеровским системам разного типа.

В настоящее время в доплеровских акустических системах

используются технологии, представляющие собой сочетание методов [65,

66], обеспечивающих оценивание функций доплеровских частот, и методов

20

нелинейного регрессионного анализа, позволяющих на основе полученных оценок частот вычислять оценки скоростей движущихся объектов.

Методы время-частотных распределений [3, 48, 55, 83, 95, 110] реализуются на основе преобразования Вигнера-Вилла, которое в непрерывном случае определяется интегралом следующего вида [48]:

W(a, t) = (t + y* (t — D e-J^dT, (1.7)

где * - знак комплексного сопряжения. Функция Вигнера W(tà,t) является спектрально-временным распределением энергии для наблюдаемого доплеровского сигнала y(t). На основе анализа графиков двухмерных распределений W(tà,t) производится оценивание амплитудных и частотных параметрических функций, изменяющихся во времени. Отдельные частотные компоненты наблюдаемого сигнала представляются в виде хребтов на плоскости ( tà,t). Положения максимумов хребтов позволяют вычислить оценки функций амплитуды и частоты во времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фирсов Алексей Андреевич, 2018 год

Список используемой литературы

1. Барский И.В. Комплекс регистрация изображения и скорости (КРИС-1)

- Новые возможности // 7-я международная научно-практическая конференция Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах. - Тез. докл. - СПб.: СПбГАСУ. - 2006.

2. Белодедов М.В., Заярный В.П., Чмутин А.М. Анализ точности компьютерного лазерного доплеровского виброметра // Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1993. - Т. 36. - № 11-12. - С. 51-55.

3. Беляев В.С., Маслов В.К., Новиков В.В., Торопов В.Н. Применение время-частотных распределений для оценки параметров движения источника тональных сигналов // Измерительная техника. - 1997. - № 3.

- C. 48-52.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. - М.: Мир. 1989. - 540 с.

5. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. - М.: Мир. 1983. - 312 с.

6. Бурдик В.С. Анализ гидроакустических систем. - Л.: Судостроение. 1988. - 392 с.

7. Буренков Ю.А. Гречихин В.А. Ринкевичус Б.С. Анализ случайных погрешностей цифровых алгоритмов измерения частоты сигнала ЛДА методом численного моделирования // Измерительная техника. - 1995. -№ 7. - C. 36-38.

8. Васильев В.Н., Гуров И.П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам. - СПб.: БХВ. 1998. -237 с.

9. Виброметры лазерные портативные. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 37686-08. - 2008.

10. Гангнус С.В., Скрипаль А.В., Усанов Д.А. Определение параметров движений объекта с помощью оптического гомодинного метода // Автометрия. - 1999. - № 1. - С.31-37.

11. Гетманов В.Г. О частотном подпоиске в задаче оценивания параметров кусочно-синусоидальных функций // Автометрия. - 1992. - № 2. - С. 9398.

12. Гетманов В.Г. Об алгоритме поиска по частоте в задаче оценивания параметров моделей полигармонических сигналов // Автометрия. - 2009.

- № 3. - С. 83-89.

13. Гетманов В.Г. Технология спектрально-временного анализа нестационарных колебательных сигналов механических систем // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2010. - № 2. - С. 121129.

14. Гетманов В.Г. Цифровая обработка нестационарных колебательных сигналов на основе локальных и сплайновых моделей. - М.: НИЯУ МИФИ. 2010. - 292 с.

15. Гетманов В.Г. Цифровая обработка сигналов. - М.: НИЯУ МИФИ. 2010.

- 232 с.

16. Гетманов В.Г., Дементьев Б.А., Абрамович Г.А. Фазовый метод оценивания доплеровской скорости // Электронная техника. Серия 8: Управление качеством и стандартизация. - 1990. - № 1. - С. 11-13.

17. Гетманов В.Г., Кузнецов П.А., Скворцов О.Б. Измерение нестационарных амплитуд и частот узкополосных сигналов // Метрология. - 1997. - № 11. - С. 30-39.

18. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Оценивание параметров движения источника звука на основе цифровой обработки системы доплеровских гидроакустических сигналов // Акустический журнал. - 2011. - Т. 57. -№ 4. - С. 479-484.

19. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Применение доплеровских систем акустического, радио и оптического диапазонов для неразрушающего контроля конструкций атомной отрасли // Труды сессии РАН и деловой программы форума Территория NDT 2016. - Сб. науч. тр. - М.: Издательский дом Спектр. 2016. - C. 115-118.

20. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015615858. - 26.05.2015. -Роспатент.

21. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015615859. - 26.05.2015. -Роспатент.

22. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015615860. - 26.05.2015. -Роспатент.

23. Гетманов В.Г., Фирсов А.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015615863. - 26.05.2015. -Роспатент.

24. Голубев А.Г. Алгоритм оценки координат шумящего объекта в системе пассивной гидролокации // Фундаментальная и прикладная гидроакустика. - 2009. - № 1 (3). - С. 47-56.

25. Гордиенко В.А., Краснописцев Н.В., Некрасов В.Н., Торопов В.Н. Локализации источников излучения на корпусе корабля при одновременном использовании комбинированного приемника и методов спектрального анализа с высоким разрешением // Акустический журнал. - 2011. - Т. 57. - № 2. - С. 1-13.

26. Горицкий Ю.А. Разнесенные измерительные системы: локация групповых объектов // Математика в приложениях. - 2003. - № 2. - С. 47-57.

27. Гречихин В.А. Ринкевичус Б.С. Погрешность цифровых методов измерения частоты одночастотного сигнала лазерного доплеровского анемометра // Измерительная техника. - 1993. - № 10. - С. 43-46.

28. Гуров И.П. Методы и техника автоматической обработки сигналов в интерференционных измерительных системах // Измерения, контроль автоматизация. - 1990. - Вып. 2. - С. 69-79.

29. Гуров И.П., Джабиев А.Н. Интерференционные системы дистанционного контроля объектов. - СПб.: СПбГУ ИТМО. 2000. - 97 с.

30. Ерохин А.Т., Маслов И.А., Хмелевский Б.Г., Исаев Е.В., Белоусова В.В., Сорокин В.Н. Оценка параметров движения шумящего объекта на воде при обработке методом аппроксимативного спектрального анализа гидроакустического сигнала, регистрируемого на суше // Геофизические методы мониторинга природных сред. - Сб. ст. - М. 1991. - С. 105-111.

31. Измерители скорости движения транспортных средств радиолокационные Искра ДА. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 39154-08. - 2008.

32. Измерители скорости движения транспортных средств радиолокационные Искра-1. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 44840-10. - 2010.

33. Измерители скорости движения транспортных средств радиолокационные Радис. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 44841-10. - 2010.

34. Измерители скорости движения транспортных средств радиолокационные с видеофиксацией БИНАР. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 41005-09. - 2009.

35. Измерители скорости радиолокационные Беркут. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 25783-03. - 2003.

36. Измерители скорости радиолокационные видеозаписывающие ВИЗИР 2М. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 4155809. - 2009.

37. Измерители скорости радиолокационные многоцелевые с видеофиксацией КРЕЧЕТ. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 51938-12. - 2012.

38. Измерители скорости радиолокационные с фотофиксацией АРЕНА. -Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 31474-11. -2011.

39. Измерители скорости радиолокационные узколучевые Рапира. -Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 25239-08. -2008.

40. Комплексы измерений скорости движения транспортных средств фоторадарные КРИС. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 35953-12. - 2012.

41. Комплексы измерения скорости движения транспортных средств фоторадарные КРИС-П М. - Описание типа средства измерений. -Регистрационный № 57978-14. - 2014.

42. Комплексы измерения скорости и регистрации видеоизображения транспортных средств Искра-видео-2. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 37926-13. - 2013.

43. Комплексы измерения скорости транспортных средств фоторадарные КОРДОН. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 48300-11. - 2011.

44. Комплексы контроля дорожного движения автоматизированные стационарные ККДДАС-01СТ Стрелка-СТ. - Описание типа средства измерений. - Регистрационный № 38386-13. - 2013.

45. Королев А.М. Исследование методов модуляционной интерферометрии и разработка устройств для измерения параметров вибрации, основанных на эффекте Доплера. - Автореф. дис. канд. тех. наук. - М.: МВТУ им. Баумана. 1981. - 15 с.

46. Коронкевич В.П. Лазерные интерферометрические и дифракционные системы // Компьютерная оптика. - 2010. - Т. 34. - № 1. - С. 4-23.

47. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы. - СПб.: Наука. 2004. - 410 с.

48. Коэн Л. Время-частотные распределения: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - Т. 77. - № 10. - С. 72-121.

49. Краснощеков И., Самойлов А., Типашов В., Морозов Л. Лазерный виброметр повышенной чувствительности // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2008. - № 6. - С. 98-101.

50. Красовский П.А., Цыганков С.Г., Теверовский Г.В. Проблема измерения гидроакустических характеристик морских объектов // Новый оборонный заказ: Стратегии. - 2010. - № 3. - С. 20-24.

51. Лазерный виброметр ЬУ-2. - Техническое описание. - Новосибирск: Лазерная техника. 2009. - 6 с.

52. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Физматлит. 2010. - 848 с.

53. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - М.: Радио и связь. 1989. - 665 с.

54. Маслов В.К. Алгоритмы оценки кинематических параметров нестационарных процессов // Измерения в гидроакустике и акустике. -Сб. научн. тр. - М: ВНИИФТРИ. 2009. - Вып. 57 (149). - С. 214-240.

55. Маслов В.К., Торопов В.Н., Фейзханов У.Ф. Время-частотные распределения нестационарных гидрофизических процессов и полей // Измерительная техника. - 1994. - № 1. - С. 30-37.

56. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. - М.: Техносфера. 2006. - 856 с.

57. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика. - М.: Наука. 1970. - 511 с.

58. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - М.: Наука. 1988. - 496 с.

59. Скрипаль А.В., Чанилов О.И., Усанов Д.А. Восстановление траекторий движения объекта по результатам анализа интерференционного сигнала с помощью вейвлет-преобразований // Автометрия. - 2004. - Т. 40. - № 5. - С.56-62.

60. Скрипаль А.В., Чанилов О.И., Усанов Д.А., Камышанский А.С.

Восстановление негармонической функции движения объекта по

сигналу полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме

109

// Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. - 2005. - Т. 13. -№ 1-2. - С. 79-87.

61. Соболев В.С., Щербаченко А.М., Харин А.М. Применение активной лазерной интерферометрии с частотной модуляцией для оценки наноперемещений и нановибросмещений диффузно отражающих объектов // VII Международный научный конгресс ГЕО-Сибирь-2010. -Тез. докл. - Новосибирск: СГГА. 2010. - Т. 5. - Ч. 1. - С. 119-124.

62. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. -М.: Радио и Связь. 1992. - 304 с.

63. Сытин В.А. Чмутин А.М. Лазерный виброметр с прямой обработкой доплеровского сигнала // Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1991. -№ 7. - С. 68-72.

64. Теверовский В.И. Измерение параметров нестационарного сигнала при наличии помех на основе энергетической (некогерентной) согласованной обработки // Томографические методы в физико-технических измерениях. - Сб. научн. тр. - М.: ВНИИФТРИ. 1990. - С. 103-112.

65. Торопов В.Н. Доплеровский измеритель параметров траектории движущегося излучателя тонального сигнала в реальном масштабе времени // Проблемы измерения параметров гидроакустических полей и обработки информации. - Сб. научн. тр. - М: ВНИИФТРИ. 1999. - С. 8287.

66. Торопов В.Н. Об оценке уровня тонального сигнала при измерении параметров траектории движущегося излучателя методом, основанным на использовании эффекта Доплера // Проблемы и методы гидроакустических измерений. - Сб. научн. тр. - М: ВНИИФТРИ. 2003. - С. 134-140.

67. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. - Л.: Судостроение. 1978. - 448 с.

68. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Астахов Е.И. Измерение амплитуды нановибраций частотно-модулированным лазерным автодином // Журнал технической физики. - 2013. - Т. 83. - № 12. - С 152-154.

69. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Гангнус С.В. Решение обратной задачи для восстановления параметров сложного периодического движения в лазерной гомодинной системе // Автометрия. - 2001. - № 1. - С.117-122.

70. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Камышанский А.С. Измерение скорости нанометровых перемещений по спектру автодинного сигнала лазера на кванторазмерных структурах // Письма в ЖТФ. - 2004. - Т. 30. - № 7. -С. 77-82.

71. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь. 1983. -536 с.

72. Фирсов А.А., Гетманов В.Г. Алгоритм аппроксимационной фильтрации помеховых отражений в гидроакустических сигналах // XVII Международная телекоммуникационная конференция молодых ученых и студентов Молодежь и наука. - Тез. докл. - М.: НИЯУ МИФИ. 2014. -Ч. 3. - С. 79-80.

73. Фирсов А.А., Гетманов В.Г. Методы оценивания параметров движения цели в доплеровских локационных системах // XVIII Международная телекоммуникационная конференция молодых ученых и студентов Молодежь и наука. - Тез. докл. - М.: НИЯУ МИФИ. 2015. - Ч. 3. - С. 34.

74. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. - М.: Физматлит. 2001. - Т. 3. - 662 с.

75. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. - М.: Мир. 1975. - 536 с.

76. Цыганков С.Г., Теверовский Г.В. Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений // Национальная оборона. - 2011. - № 6.

77. Цыганков С.Г., Теверовский Г.В. Шумность - проблема стратегическая // Национальная оборона. - 2012. - № 4. - С. 68-70.

78. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа. - Сб. статей. - М.: Финансы и статистика. 1988. - 263 с.

79. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение. 1986. - 352 с.

80. Albrecht H.-E., Borys M., Damaschke N., Tropea C. Laser Doppler and Phase Doppler Measurement Techniques. 2002. Springer. 738 p.

81. B481 Doppler Radar System. Specifications. High Pressure Instrumentation. 2014.

82. Barton D.K., Leonov S.A. Radar Technology Encyclopedia. Artech House. 1998. 511 p.

83. Boashash B. Time Frequency Signal Analysis and Processing. Elsevier Science. 2003. 770 p.

84. Cevher, V. Chellappa R. McClellan. J.H. Vehicle Speed Estimation Using Acoustic Wave Patterns. IEEE Transactions on Signal Processing. 2009. Vol. 57. No. 1. pp. 30-47.

85. Couvreur C., Bresler Y. Doppler-Based Motion Estimation for Wide-Band Sources From Single Passive Sensor Measurements. 1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. Conf. Proc. 1997. Vol. 5. pp. 3537-3540.

86. Couvreur C., Bresler Y. Modeling and Estimation for Doppler-shifted Gaussian Random Processes. 8th IEEE Workshop on Statistical Signal and Array Processing. Conf. Proc. 1996. pp. 28-31.

87. CW Doppler Radar. Specifications. BAE Systems. 2014.

88. Fotakis C., Anglos D., Zafiropulos V., Georgiou S., Tornari V. Lasers in the Preservation of Cultural Heritage: Principles and Applications. Taylor & Francis. 2007.

89. Friedman N. The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Systems, 1997-1998. Naval Institute Press. 1997. 808 p.

90. Horstkamp G.M., Vetter J.R., McSoley C.J., Szerlagearly W.J. Navy Strategie Systems Program Range Instrumentation Support of SSGN Demonstration and Validation Test with USS Florida. Johns Hopkins APL Technical Digest. 2010. Vol. 29. No. 2. pp. 149-156.

91. Johansmann M., Siegmund G., Pineda M. Targeting the Limits of Laser Doppler Vibrometry. Polytec. 2005. 12 p.

92. Laser Doppler Vibrometer Type 8329. Specifications. Bruel & Kjaer. 2014.

93. Lo K.W., Ferguson B.G. Flight Parameter Estimation Using Instantaneous Frequency Measurements from Spatially Distributed Underwater Acoustic Sensors. 2011 Workshop on Defense Applications of Signal Processing. Conf. Proc. 2011.

94. Lo K.W., Ferguson B.G. Flight Path Estimation Using Multipath Delay Measurements from a Wide Aperture Acoustic Array. 6th International Conference of Information Fusion. Conf. Proc. 2003. Vol. 2. pp. 62-69.

95. Lo K.W., Ferguson B.G. Passive Estimation of Aircraft Motion Parameters Using Destructive Interference between Direct and Ground-Reflected Sound Waves. 1999 Information, Decision and Control. Conf. Proc. 1999. pp. 171176.

96. Lo K.W., Ferguson B.G. Vehicle Motion Parameter Estimation Using a Wide-Aperture Acoustic Sensor Array of Unknown Shape. Acoustics 2009: Research to Consulting. Conf. Proc. 2009. pp. 83-88.

97. Lopez-Valcarce R. Broadband Analysis of a Microphone Array Based Road Traffic Speed Estimator. IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop. Conf. Proc. 2004. pp. 533-537.

98. Lopez-Valcarce R., Mosquera C., Perez-Gonzalez F. Estimation of Road Vehicle Speed Using Two Omnidirectional Microphones: A Maximum Likelihood Approach. EURASIP Journal on Applied Signal Processing. 2004. pp. 1059-1077.

99. LV-1800 Laser Vibrometer. Specifications. Ono Sokki. 2014.

100. Marmaroli P., Carmona M., Odobez J.-M., Falourd X., Lissek H. Observation of Vehicle Axles Through Pass-by Noise: A Strategy of Microphone Array Design, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. Conf. Proc. 2013. Vol. 14. No. 4. pp. 1654-1664.

101. Marmaroli P., Odobez J.-M., Falourd X., Lissek H. A Bimodal Sound Source Model for Vehicle Tracking in Traffic Monitoring. 19th European Signal Processing Conference. Conf. Proc. 2011. pp. 1327-1331.

102. Marmaroli P., Odobez J.-M., Falourd X., Lissek H. Pass-By Noise Acoustic Sensing for Estimating Speed and Wheelbase Length of Two-Axle Vehicles. Proceedings of Meetings on Acoustics. 2013. Vol. 19. No. 1.

103. Martarelli M. Exploiting the Laser Scanning Facility for Vibration Measurements. PhD Thesis. University of London. 2001.

104. Noel C., Viala C., Goullet G., Alombert M., Gerard O. Underwater Trajectography System for Measurement of Submarine Radiated Noise. 4th European Conference on Underwater Acoustics. Conf. Proc. 1998. Vol. 2. pp. 555-560.

105. OFV-5000 Vibrometer Controller, OFV-505/503 Vibrometer Sensor Head. Specifications. Polytec. 2014.

106. Perez-Gonzalez F., Lopez-Valcarce R., Mosquera C. Road Vehicle Speed Estimation from a Two-Microphone Array. 2002 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. Conf. Proc. 2002. Vol. 2. pp. II-1321-II-1324.

107. Pinezich J.D., Heller J., Lu T. A Ballistic Projectile Tracking System using Continuous Wave Doppler Radar. Aerospace and Electronic Systems. 2010. Vol. 46. No. 3. pp. 1302-1311.

108. Prototypa: DRS-1 Doppler Radar System [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.prototypa.cz/content/drs-1-doppler-radar-system/. Дата обращения: 26.10.2014.

109. Quach A.T., Lo K.W. Automatic Target Detection Using a Ground-Based Passive Acoustic Sensor. 1999 Information, Decision and Control. Conf. Proc. 1999. pp. 187-192.

110. Reid D.C., Zoubir A.M., Boashash B. Aircraft Flight Parameter Estimation Based on Passive Acoustic Techniques Using the Polynomial Wigner-Ville Distribution. The Journal of the Acoustical Society of America. 1997. Vol. 102. pp. 207-223.

111. Reid D.C., Zoubir A.M., Boashash B. The Bootstrap applied to Passive Acoustic Aircraft Parameter Estimation. 1996 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. Conf. Proc. 1996. Vol. 6. pp. 3153-3156.

112. RR-2100 Ranging RADAR for Optical Platform. Specifications. Weibel Scientific. 2001. 17 p. Doc. Id. WE-1132-009.

113. Skolnik M.I. Introduction to Radar Systems. McGraw-Hill. 2002. 772 p.

114. Vela. Specifications. Aries. 2014.

115. VibroMet 500V Laser Doppler Vibrometer. Specifications. MetroLaser. 2014.

116. Wilfinger R., Lettry J., Fabich A., Aiginger H., Poljanc K., Catherall R., Eller M. Proton Induced Thermal Stress-Wave Measurements Using a Laser Doppler Vibrometer. The European Physical Journal Special Topics. 2007. Vol. 150. No. 1. pp. 373-378.

117. Zoubir A.M., Boashash B. The Bootstrap and Its Application in Signal Processing. IEEE Signal Processing Magazine. 1998. Vol. 15. No. 1. pp. 5676.

118. Zoubir A.M., Iskander D.R. Bootstrap Methods and Applications: A Tutorial for the Signal Processing Practitioner. IEEE Signal Processing Magazine. 2007. Vol. 24. No. 4. pp. 10-19.

119. Zoubir A.M., Iskander D.R. Bootstrap Techniques for Signal Processing. Cambridge University Press. 2004. 232 p.

акт

использования результатов диссертационной работы аспиранта НИЯУ МИФИ Фирсова A.A.

Результаты диссертационной работы аспиранта НИЯУ МИФИ Фирсова A.A., связанные с созданием аппроксимационных методов и алгоритмов цифровой обработки доплеровских гидроакустических сигналов для измерения параметров движения тональных источников звука, были использованы ФГУП «Всероссийский научно- исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ВНИИФТРИ) при выполнении эскизного проекта ОКР «Батарея-ТОФ», выполняемой в соответствии с Государственным оборонным заказом. В частности, A.A. Фирсовым были написаны два пункта пояснительной записки эскизного проекта, в которых обоснован метод измерения параметров движения тонального источника и приведены оценки погрешностей измерения).

Особенностью предложенного A.A.Фирсовым метода является возможность оценки текущей дистанции на относительно больших удалениях источника от точки траверза приёмника. Применяемые в настоящее время в гидроакустических измерениях тонально-допплеровские методы оценки параметров движения, как правило, позволяют с достаточно высокой точностью измерять параметры движения источника относительно одиночного приёмника по результатам наблюдения относительно длительного участка траектории, включающего точку траверза, что не обеспечивает в ряде случаев необходимой оперативности наблюдения. Предложенный A.A. Фирсовым метод апробирован на модельных сигналах, при этом получены удовлетворительные точностные характеристики. Работоспособность метода была подтверждена в процессе испытаний алгоритма обработки и на реальных гидроакустических сигналах.

Существенным достоинством метода является его устойчивость к влиянию сигналов, отраженных от водной поверхности, благодаря применению специальных аппроксимационных моделей.

Заместитель начальника научно-исследовательского комплекса анализа параметров физических полей (НИК-1)

ФГУП «ВНИИФТРИ»

доктор техн. наук, профессор

Старший научный сотрудник НИК-1 Ширяк O.A.

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

ИНТЕРЮНИС-ИТ

Н 111024, г. Москва, шоссе Энтузиастов, д. 20 Б Я теп/факс: [phone] ИНН 7701945042 КПП 770101001 Код по ОКПО 38265400

e-mail: [e-mail] [e-mail] http://www.interunis.ru

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы аспиранта НИЯУ МИФИ Фирсова A.A.

Разработанные аспирантом НИЯУ МИФИ Фирсовым A.A. метод и алгоритм локальной аппроксимации оптоэлектронных сигналов для лазерных доплеровских систем были применены ООО «ИНТЕРЮНИС-ИТ» для решения задачи оценивания доплеровских скоростей вибрирующих объектов. Так Фирсов A.A. реализовал предложенный алгоритм в виде программы для ЭВМ и написал пояснительную записку, где приведены обоснование метода и оценки погрешностей.

Благодаря использованию математического аппарата локальных аппроксимационных моделей, разработанный метод обеспечивает оценивание доплеровских скоростей вибрирующих объектов в виде функций времени. Компьютерное моделирование подтвердило работоспособность созданного метода. Полученное решение, основанное на цифровой обработке оптоэлектронных доплеровских сигналов, не требуют наличия подсистем оптического гетеродинирования в составе измерительного устройства, что значительно упрощает его конструкцию.

Применение результатов Фирсова A.A. осуществлялось в рамках проекта по разработке систем вибрационного мониторинга Лель-M/A-Line 32D (DDM-M).

Генеральный директор 20 ноября 2015 года

C.B. Елизаров