Метод определения информативных параметров нарушителя с использованием вейвлет-преобразования в технических средствах охраны с линейно-частотным модулированным сигналом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат наук Данилов, Евгений Александрович

• Данилов, Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Данилов, Евгений Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО НАРУШИТЕЛЯ В РАДИОЛУЧЕВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ ОХРАНЫ

1.1 Общие принципы извлечения информативных параметров удаленных объектов с использованием волновых процессов

1.2 Использование ЭМ-волн для извлечения информации о пространственно-временных параметрах объектов в свободном

пространстве

1.3. Обобщенная структурная схема анализа пространственно-временных параметров удаленного объекта

1.4 Радиолучевые технические системы охраны объектов

1.5 Частотный метод обнаружения и измерения дальности до объектов

1.5.1 Параллельный частотный анализ

1.5.2 Последовательный частотный анализ

1.5.3 Комбинированный частотный анализ

1.6 Требования к параметрам анализатора частотного спектра

1.7 Формирование биений при суммировании излучаемого и принимаемого ЛЧМ-сигнала

1.8 Выводы по разделу 1

2 ИНФОРМАТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАДИОЛУЧЕВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОХРАНЫ С ЛЧМ-СИГНАЛОМ

2.1 Метод измерения дальности до нарушителя в РЛТСО с ЛЧМ-сигналом на основе формирования биений

2.2 Влияние нестабильности информативных параметров РЛТСО с ЛЧМ-сигналом на ошибку определения дальности

2.3 Измерение скорости движения объекта

2.4 Информационная модель РЛТСО с ЛЧМ-сигналом

2.4.1 Информационная емкость технической системы охраны

2.4.2 Информационный объем охраняемой зоны РЛТСО

2.5 Математическая модель процесса обнаружения нарушителя

2.6 Выводы по разделу 2

3 ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В РЛТСО С ЛЧМ-СИГНАЛОМ

3.1 Вейвлет-преобразование

3.2 Структурная схема РЛТСО с вейвлет-преобразованием ЛЧМ-сигнала

3.3 Параметры и характеристики вейвлет-преобразования

3.3.1 Длительность оклика вейвлет-преобразования

3.3.2 Амплитуда отклика вейвлет-преобразования

3.3.3 Разрешающая способность вейвлет-преобразования по времени

3.4 Моделирование вейвлет-преобразования в программной среде МаИаЬ

3.4.1 Вейвлет-преобразование ЛЧМ-сигнала с прямоугольной огибающей

3.4.2 Вейвлет-преобразование ЛЧМ-сигнала с колоколообразной огибающей

3.4.3 Моделирование вейвлет-преобразования для ЛЧМ-сигнала и аддитивного шума

3.4.4 Моделирование вейвлет-преобразования ЛЧМ-сигнала для оценки разрешающей способности по дальности

3.5 Выводы по разделу 3

4 СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ РЛТСО С ЛЧМ-СИГНАЛОМ

4.1 Программная реализация алгоритма обнаружения и измерения информативных параметров в РЛТСО с ЛЧМ-сигналом

4.2 Цифровые фильтры

4.3 Быстрое преобразование Фурье

4.4 Оценка времени выполнения вейвлет-преобразования на ПЛИС

4.5 Выводы по разделу 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод определения информативных параметров нарушителя с использованием вейвлет-преобразования в технических средствах охраны с линейно-частотным модулированным сигналом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Усиление террористической угрозы как по отношению к государственным объектам, так и по отношению к личности, которое наблюдается в настоящее время, приводит к увеличению роли технических средств охраны (ТСО), которыми оборудуются объекты, а также периметры и подходы к ним. Для обнаружения и классификации нарушителя в охраняемой зоне в ТСО используется широкий спектр физических эффектов, проявляющихся во взаимодействии нарушителя с волнами, распространяющимися в различных средах. Наибольшее распространение в ТСО получили электромагнитные (ЭМ) волны дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Радиолучевые ТСО (PJITCO), работающие в этих диапазонах частот, мало подвержены влиянию погодных условий, и обладают удовлетворительной разрешающей способностью по пространственным размерам, характерным для человека-нарушителя.

Среди большого количества методов обнаружения и определения параметров удаленных объектов с помощью ЭМ-волн существуют методы обнаружения и измерения дальности, основанные на использовании сигналов с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ). Сигналы с JI4M относятся к зондирующим импульсам большой длительности с внутренней модуляцией по частоте и характеризуются большой излучаемой средней мощностью. Это дает возможность при приеме сигналов использовать линейные интегральные преобразования, включающие корреляционную обработку, дающую при приеме существенное улучшение отношения сигнал-шум.

Следует отметить, что наряду с зондирующими импульсами большой длительности с внутренней модуляцией в PJITCO широко используются короткие импульсы, имеющие определенные достоинства, заключающиеся в возможности измерения дальности до цели по результату измерения временной задержки принимаемого импульса по отношению к излучаемому.

Обработка ЛЧМ-сигналов в принципе возможна с помощью оптимальных фильтров, рассчитанных на один период модуляции частоты, либо с помощью корреляционных схем, в которых перед интегрированием выполняется перемножение отраженного и ожидаемого сигналов. При этом разрешающая способность по дальности и по числу объектов определяется шириной спектра и шириной полосы пропускания фильтров, которые характеризуются инерционностью. До настоящего времени в PJITCO с JI4M-сигналом использовалось только пороговое обнаружение объектов в охраняемой зоне по наличию биений между излученным и принятым (отраженным от объекта) ЛЧМ-сигналом. Пороговый принцип обнаружения прост в реализации, но не использует потенциальных информационных возможностей ЭМ-волн.

Основные положения теории обработки радиолокационной информации разработали ученые: Бакут П.А., Вакман Д.Е., Варакин JI.E., Гуткин JI.C., Дымова А.И., Казаринов Ю.М., Коган И.М., Котельников В.А., Левин Б.Р., Френке Л., Ширман Я.Д., Уфимцев П.Я. и др. На основе теоретических исследований разработаны методы, применяемые в РЛТСО, весомый вклад в развитие которых внесли отечественные ученые - Лебедев Л.Е., Оленин Ю.А., Сальников И.И., Токарев H.H., Якимов А.Н. и др.

В настоящее время благодаря развитию информационных технологий, основанных на достижениях вычислительной техники, появилась возможность реализовывать сложные алгоритмы обработки сигналов с использованием цифровых методов и средств. Существенную роль среди таких алгоритмов играют линейные интегральные преобразования, которые являются весьма эффективными в условиях наличия шумов и помех. Одним из таких преобразований является вейвлет-преобразование, получившее широкое распространение в последнее время. Использование вейвлет-преобразования в РЛТСО с ЛЧМ-сигналом дает реальную возможность существенно улучшить технические характеристики РЛТСО.

В этой связи тема диссертационного исследования, посвященного разработке метода определения информативных параметров нарушителя с использованием вейвлет-преобразования в технических средствах охраны с линейно-частотным модулированным сигналом, направленного на улучшение их технических характеристик, является актуальной.

Объект исследования - информационные технические системы, работающие в радиодиапазоне электромагнитных волн и используемые для охраны объектов.

Предмет исследования - методы обработки принимаемого сигнала с целью извлечения информативных параметров нарушителя в охраняемой зоне.

Цель настоящей работы - улучшение характеристик радиолучевых технических средств охраны с линейно-частотным модулированным сигналом за счет применения разработанного метода определения информативных параметров нарушителя с использованием вейвлет-преобразования.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи.

1. Создать информационную модель РЛТСО с ЛЧМ-сигналом на основе анализа существующего частотного метода измерения дальности до объекта.

2. Разработать метод определения информативных параметров нарушителя с применением вейвлет-преобразования для РЛТСО с ЛЧМ-сигналом.

3. Оценить потенциальные характеристики метода определения информативных параметров с применением вейвлет-преобразования для РЛТСО с ЛЧМ-сигналом.

4. Разработать алгоритм определения информативных параметров нарушителя с применением вейвлет-преобразования для РЛТСО с ЛЧМ-сигналом и обосновать средство реализации такого алгоритма.

Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, теории информации, теории сигналов, дискретной математики и методы разработки программ в среде МайаЪ.

Научная новизна работы. Новыми являются следующие научные результаты.

1. Обоснована математическая модель для определения потенциальной информационной емкости РЛТСО с ЛЧМ-сигналом, которая учитывает параметры диаграммы направленности излучателя, длину охраняемой зоны и разрешающую способность по дальности, с помощью которой показано, что потенциальная информационная емкость РЛТСО с ЛЧМ-сигналом должна быть равной порядка 8 бит, тогда как существующие средства обладают низкой информационной емкостью, не превышающей 2 бит.

2. Разработан метод определения информативных параметров движения нарушителя в охраняемой зоне, основанный на применении вейвлет-преобразования в РЛТСО с ЛЧМ-сигналом и позволяющий приблизиться к потенциальной информационной емкости подобной системы.

3. Показано, что применение вейвлет-преобразования при обработке сигналов в РЛТСО дает возможность существенно улучшить отношение сигнал-шум, повысить разрешающую способность по дальности, а также определить количество нарушителей и радиальные составляющие скоростей их перемещения благодаря сжатию длительности отклика вейвлет-преобразования в Ъ8 раз и увеличению амплитуды отклика вейвлет-

преобразования в раз, где ¿>^»1 - база ЛЧМ-сигнала.

4. Разработан алгоритм, в котором в качестве основы реализации вейвлет-преобразования используется быстрое преобразование Фурье. Обосновано применение ПЛИС как средства реализации вейвлет-преобразования на основе быстрого преобразования Фурье.

Практическая значимость работы.

Применение разработанного метода определения информативных параметров движения нарушителя в охраняемой зоне, основанного на использовании вейвлет-преобразования, а также алгоритма реализации вейвлет-преобразования на основе быстрого преобразования Фурье, в технических средствах охраны позволяет существенно улучшить их технические характеристики: снизить вероятность ложной тревоги, увеличить протяженность охраняемой зоны без увеличения мощности излучения, определить число нарушителей, их изменяющиеся во времени дальности и радиальные скорости.

Соответствие паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.17 - теоретические основы информатики (технические науки) по следующим областям исследований:

п. 1. «Исследование, в том числе с помощью средств вычислительной техники, информационных процессов,...»;

п. 2. «Исследование информационных структур, разработка и анализ моделей информационных процессов и структур»;

п. 5. «Разработка и исследование моделей и алгоритмов анализа данных, обнаружения закономерностей в данных и их извлечениях ...»;

п. 12. «Разработка математических, логических, семиотических и лингвистических моделей и методов взаимодействия информационных процессов, в том числе на базе специализированных вычислительных систем».

Внедрение результатов работы. Основные результаты исследований использованы в Научно-исследовательском и конструкторском институте радиоэлектронной техники - филиале ФГУП федеральный научно-производственный центр «Производственное объединение «Старт» имени М.В. Проценко» (г. Заречный Пензенской области) в технических системах охраны и мониторинга состояния охраняемых территорий.

Метод определения информативных параметров движения нарушителя в охраняемой зоне, основанный на применении вейвлет-преобразования и оценки информационной емкости информационной системы использованы при реализации профессиональных образовательных программ направления подготовки «Информатика и вычислительная техника» по дисциплинам «Системы искусственного интеллекта», «Цифровая обработка сигналов» на кафедре «Вычислительные машины и системы» Пензенского государственного технологического университета.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается корректностью основных допущений, использованием апробированных методов математического моделирования, внедрением на научно-производственных предприятиях, а также апробацией на научных конференциях различного уровня.

На защиту выносятся.

1. Математическая модель определения потенциальной информационной емкости РЛТСО с ЛЧМ-сигналом, которая учитывает параметры диаграммы направленности излучателя, длину охраняемой зоны и разрешающую способность по дальности.

2. Метод определения информативных параметров движения нарушителя в охраняемой зоне, основанный на применении вейвлет-преобразования при обработке ЛЧМ-сигналов в РЛТСО.

3. Результаты исследования потенциальных характеристик метода определения информативных параметров движения нарушителя с применением вейвлет-преобразования для РЛТСО с ЛЧМ-сигналом.

4. Алгоритм, основанный на вейвлет-преобразовании с использованием быстрого преобразования Фурье, для практической реализации которого обосновано применение программируемых логических интегральных схем.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и образования»

(Пенза, 2008-2010 гг.); на всероссийской научно-технической конференции «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов» (Пенза, 2012, 2013 гг.), «Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов» (г. Заречный Пензенской области, 2012, 2014 гг.).

Публикации. По материалам диссертации имеется 15 публикаций, в том числе 3 статьи в журналах из перечня рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Все приведенные в работе новые результаты получены лично автором. В работах, опубликованных в соавторстве, руководителю принадлежат постановка задач и участие в формулировании выводов.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и приложения. Текст изложен на 135 страницах, содержит 50 рисунков и 5 таблиц.

1 МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО НАРУШИТЕЛЯ В РАДИОЛУЧЕВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ

ОХРАНЫ

1.1 Общие принципы извлечения информативных параметров удаленных объектов с использованием волновых процессов

В настоящее время мы являемся свидетелями широкого использования понятия информации, которое используется во многих сферах деятельности человека. Понятие информации существенно расширилось и используется применительно не только к системам передачи сообщений, но и к любым действиям, связанным с получением чего-то нового, неизвестного, то есть в настоящее время можно сказать, что информация - это новое знание [67].

Для технических систем использование понятия информации явилось обобщающим фактором, объединяющим такие системы как системы передачи сообщений, системы извлечения пространственных параметров удаленных объектов, системы целеуказания и навигации, системы управления и разведки, и др. в информационные технические системы (ИТС) [7, 8, 59]. Это объединение является объективной необходимостью, так как решение самых разнообразных практических задач основывается на общих принципах:

- использование волновых процессов для взаимодействия с удаленными предметами;

- перенос информации о пространственно-временных параметрах удаленных предметов;

- прием и преобразование волновых процессов в электрический сигнал с помощью соответствующих датчиков;

- анализ и преобразование электрических сигналов с целью извлечения информации об удаленном объекте;

- представление полученной информации в требуемом виде либо удобной для восприятия человеком, либо удобной для восприятия исполнительными системами.

К настоящему времени освоен широкий спектр волновых процессов, которые с успехом используются ТСО:

- сейсмические, использующие волновые процессы в земной поверхности;

- звуковые и ультразвуковые, использующие звуковые волны в воздушной и водной среде.

Но наибольшее использование получили электромагнитные волны (ЭМ-волны) различных диапазонов частот, имеющие различные характеристики распространения [17, 87].

1.2 Использование ЭМ-волн для извлечения информации о

пространственно-временных параметрах объектов в свободном

пространстве

Свойства распространения ЭМ-волн, которые учитываются и используются ИТС, существенным образом зависят от длины волны. Эти свойства, описания которых можно найти в соответствующей литературе, например [87], в настоящее время хорошо изучены и широко используются. ИТС, использующие ЭМ-волны различных диапазонов, имеют свои достоинства и недостатки, тем самым подтверждют общий принцип, что невозможно найти универсального средства передачи и извлечения информации на все существующие и возможные в будущем задачи.

Чаще всего в качестве математического описания ЭМ-волны используется аналитическая форма зависимости электрической составляющей ЭМ-волны от пространственных координат и времени в тригонометрической форме:

Е(х,у9г,Ъ = Ет{х,у,г)со&(а)^ + <р) , (1.1)

где зависимость от времени ? описывается косинусоидальной функцией с несущей частотой в>о и начальной фазой <р. Используя формулу Эйлера получают показательную форму, которая более удобна для математических преобразований:

В линейных средах частота ^о сохраняется при пространственных и временных преобразованиях, поэтому с целью упрощения математических преобразований используют комплексную амплитуду. для обозначения

которой используется точка ( ), а экспонента с показателем ¿¿V опускается [39]:

Е(х,у,г,0=Ет(х,у,г)е»е*" = Ё(х9у92)е**, (1.3)

где Ё(х, у, г) = Ет (х, у, .

Основой широкого использования ЭМ-волн для анализа пространственно-временных параметров удаленных объектов являются различные физические явления, наблюдаемые при взаимодействии ЭМ-волн с объектами и которые основаны на взаимодействии электромагнитного поля с зарядами, находящимися в среде. При этом объект, пространственно-временные параметры которого мы хотим определить, должен иметь отличие в структуре по сравнению со средой, в которой распространяется ЭМ-волна, и иметь четкие границы.

Поглощение ЭМ-волн связано с преобразованием энергии ЭМ-волны в тепло и определяет потери в среде при распространении ЭМ-волны. Наличие свободных электронов в среде определяет токи проводимости, а наличие в среде полярных молекул (например, воды), которые под действием электрической составляющей ЭМ-волны поворачиваются, определяет токи смещения. Токи смещения характеризуют диэлектрические свойства вещества и существенным образом зависят от частоты ЭМ-волны. В среде соотношение между током проводимости и током смещения изменяется в

зависимости от частоты и одно и то же вещество на одних частотах может проявляться как проводник, а на других как диэлектрик. Потери в среде оцениваются удельным коэффициентом затухания, выраженным в децибелах

на метр: У = 201g(is / is0), дБ/м ? Где Е - напряженность поля волны, прошедшей расстояние 1 м в поглощающей среде, Е0 — в свободном пространстве [17, 87].

Преломление ЭМ-волн - это изменение направления распространения ЭМ-волн при переходе границы раздела двух сред с разными плотностями, описываемыми показателями преломления щ и п2 . Преломление характеризуется соотношением sin ах / sin а2 -п2/ пи из которого следует, что чем больше плотность среды, тем меньше угол преломления аг , отсчитываемый от нормали в точке падения плоской ЭМ-волны. Явление преломления является основой тропосферного распространения радиоволн, когда за счет уменьшения плотности атмосферы с высотой наблюдается рефракция радиоволн - искривление траектории распространения таким образом, что радиоволны распространяются вблизи земной поверхности, тем самым существенно увеличивая дальность радиосвязи или позволяя реализовывать загоризонтную радиолокацию. Кроме того, явления преломления и полного внутреннего отражения широко используются в волоконно-оптических линиях связи (BOJIC) [13].

Отражение ЭМ-волн - это изменение направления распространения ЭМ-волн на границе раздела двух сред, при котором ЭМ-волна не проникает во вторую среду, а полностью отражается в первую среду, при этом угол

падения равен углу отражения ссх=сх2. Отражение наблюдается при преобладании во второй среде токов проводимости, при этом ЭМ-волна в проводнике полностью гасится. При воздействии ЭМ-волны в идеальном проводнике на свободные электроны возникает колебательное движение

электронов вдоль вектора Е, которое представляет собой переменный ток. В свою очередь переменный ток возбуждает ЭМ-волну с противоположной

ориентацией вектора Е, наблюдается взаимное гашение ЭМ-волн внешней и индуцированной. Наличие токов смещения в среде нарушает условие взаимного гашения и приводит к появлению преломленной волны в среде [13].

Рассеяние ЭМ-волн - это хаотическое зеркальное отражение от неровной границы раздела двух сред, когда вторая среда является проводником. Понятие «неровная границы раздела двух сред» или «неровная поверхность» для различных частотных диапазонов ЭМ-волн различная, так как высота неровностей h должна быть больше некоторого значения, зависящего от длины волны X и угла падения волны на поверхность: h > Я / 8 cos ах. В этой связи, точность формирования изображения объектов связано с используемой длиной волны. При этом, чем короче X, тем больше будет наблюдаться рассеяние на объекте, тем меньшие по размеру детали на объекте будут влиять на параметры ЭМ-волны, тем больше возможности на приемной стороне восстановить точное изображение объекта.

Дифракция — это огибание волнами препятствий. В дифракции проявляются волновые свойства ЭМ-волн. Наибольшее распространение получила скалярная теория дифракции Кирхгофа [19, 94], которая позволяет математически описать ЭМ-волну после дифракции на отверстии в экране. Дальнейшее развитие теории дифракции Кирхгофа позволило используя различные условия, связанные с дальностью до объекта, получить результат дифракции для различных форм границ объекта. Первым условием явилось приближение Фраунгофера, рассматривающее результат дифракции на объекте в дальней зоне, когда расстояние между объектом дифракции и плоскостью наблюдения

2л" / 2 2 \ г>>~л\*1+У1)>

где х{ и ух ~ координаты границ объекта. При этом дифракционная картина Фраунгофера описывается пространственным преобразованием Фурье, то есть представляет собой пространственный частотный спектр, для

которого пространственные частоты имеют вид /Х=х/Хг, /у = у / Хг .

Другим условием использования скалярной теории дифракции Кирхгофа явилось приближение Френеля, когда учитываются квадратичные фазовые множители [19]:

Для X = 0,01 м и размеров объекта 1x1 м получается, что зона Фраунгофера (дальняя зона) начинается с расстояния г = 1,256 км, а зона Френеля -х = 124 м.

Интерференция ЭМ-волн - это сложение двух и более плоских волн, пришедших в область приема по разным путям. При сложении плоских волн определяющее значение имеет относительная разность фаз, зависящая от разности хода путей распространения волн. При разности хода А г разность

фаз в свободном пространстве равна Аф = 1л • Аг / X} при этом если разность фаз кратна 2/г, то волны складываются в фазе и наблюдается увеличение амплитуды Ет 5 если разность фаз кратна Я, то волны складываются в противофазе и наблюдается уменьшение амплитуды ЭМ-волны. Интерференция обуславливает такое явление, как замирание радиоволн при распространении в условиях земной поверхности, а также при преломлении в флуктуирующих слоях тропосферы и отражении от флуктуирующих слоев ионосферы Земли.

Рассмотренные явления изменяют пространственные характеристики

ЭМ-волны - комплексную амплитуду Е(х, у, г) и начальную фазу ф{х,у,г).

Так как мы рассматриваем только линейные среды, то несущая частота остается всегда постоянной и в комплексной амплитуде не записывается

Временные характеристики ЭМ-волны проявляются в явлениях: - запаздывание, которое определяется конечной скоростью

(1.5)

(1.3).

распространения с«3-108м/с. При этом скорость ЭМ-волн является

физической константой для свободного пространства. Явление запаздывания ЭМ-волн широко используется в радиолокации для определения дальности

до объекта за счет измерения времени задержки принятого импульса по

отношению к моменту излучения зондирующего импульса:

0 = с-13/2; (1.6)

- эффект Допплера, который заключается в том, что при движении объекта или источника излучения и приема частота принимаемого сигнала

изменяется на величину Д/д, которая зависит от радиальной составляющей вектора скорости —Уг относительного движения объекта и

V

радиолокационнои станции, причем, положительное значение у г соответствует направлению распространения ЭМ-волны. Допплеровская

г \

частота равна [40]: = /0 —— . В реальных случаях с»Уг ? тогда

ус±Уг)

1

используя приближение -—~ «1 + я при а « 1, получается:

(1.7)

Допплеровские измерители скорости широко используются в радиолокации и радионавигации.

1.3. Обобщенная структурная схема анализа пространственно-временных параметров удаленного объекта

При всем многообразии существующих ИТС, решающих самые разнообразные задачи информационного обеспечения человека, можно выделить общие моменты взаимодействия переносчика информации, которым являются ЭМ-волны, с удаленными объектами и технической

системой извлечения значений пространственно-временных параметров этих объектов из параметров ЭМ-волн.

Рисунок 1.1- Обобщенная структурная схема ТСО

На рисунке 1.1 приведена обобщенная структурная схема, в которой в виде блоков представлены основные этапы анализа пространственно-временных параметров удаленного объекта с помощью ЭМ-волн.

Источником ЭМ-волн может быть либо пассивный (солнце, инфракрасный излучатель, лазер), либо активный излучатель, которые облучают удаленные объекты ЭМ-волнами. Используя активное излучение, основой которого является генератор высокочастотных колебаний, можно управлять пространственным распределением энергии ЭМ-волны, то есть управлять параметрами диаграммы направленности. Кроме того, для активного излучения широко используется возможность управлять временными параметрами излучаемой ЭМ-волны, когда используются различные виды временной модуляции несущей частоты и амплитуды излучаемой ЭМ-волны. Широкое использование модуляции пространственно-временных параметров излучаемой ЭМ-волны в наибольшей степени характерно для радиоволн различных диапазонов частот.

Среда распространения ЭМ-волн - это пространство, в котором на удалении от ИТС находится объект. При взаимодействие ЭМ-волн с удаленным объектом проявляются все виды физических явлений, о которых говорилось выше, - это поглощение в среде распространения, преломление и отражение на границе объекта, рассеяние на неровной поверхности объекта, дифракция на границе объекта и интерференция в плоскости приема ЭМ-волн. В результате действия всех этих явлений изменяются

пространственно-временные параметры излучаемой ЭМ-волны, в которых заключена информация о пространственно-временных параметрах воздействующего удаленного объекта.

В пространстве приема размещаются устройства пространственного преобразования ЭМ-волны, которые должно реагировать на принимаемые ЭМ-волны и преобразовывать пространственные параметры к виду, удобному для дальнейшего временного преобразования. Этим устройством в

большинстве своем являются антенна, работающая в радиоволнах, а также объектив в виде линз, работающий в ИК и видимом диапазоне ЭМ-волн. Пространственно-распределенным регистратором ЭМ-волн служит также фазированная антенная решетка (ФАР).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Данилов, Евгений Александрович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. -М.: Радио и связь, 1983.

2. Башилов Г., Левкович-Маслюк Л. Дайджест вейвлет-анализа. // Компьютерра, 1998, №8, с.31-37.

3. Бендат Дж., А.Пирсол. Измерение и анализ случайных процессов. -М.: Мир, 1974.

4. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1989, 448 с.

5. Брандт 3. Статистические методы анализа наблюдений.- М.: Мир,

1975.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986, 544 с.

7. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы. -М.: изд-во Златоуст, 2000, 222 с.

8. Буренин Н.И. Радиолокационные станции с синтезированной антенной. -М.: Сов.радио, 1972, 160 с.

9. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. - М.: Сов.радио, 1970.

10. Вишняков С.М., Андрианов Е.Ю. Радиоволновые извещатели. Выбор инсталлятора. Мир и безопасность», № 2, 2007 г.

И. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. - СПб.: Изд-во ВУС, 1990, 208 с.

12. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1966.-870 с.

13. Гауэр Дж. Оптические системы связи. - М.: Радио и связь, 1989,

504с.

14. Гольденберг. Цифровые фильтры. -М.: Связь, 1974.

15. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Сов.радио, 1971. 672 с.

16. Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Павленков О.Ф., Степанов С.А. Моделирование пространственно-временных сигналов двухпозиционных радиолучевых технических средств обнаружения. / В сб. "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов".Вып.7. - г.Пенза: Изд. ПДЗ, 2009, С. 47-50.

17. Грудинская Г.П. Распространение коротких и ультракоротких радиоволн. М.: Радио и связь, 1981, 80 с.

18. Гришин Ю.П., Ипатов Ю.М., Казаринов Ю.М., Коломенский Ю.А., Ульяницкий Ю.Д. Радиотехнические системы. Под ред. Казаринова Ю.М. -М.: Высш.шк., 1990. - 496 с.

19. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. - М.: Мир, 1970, 364 с.

20. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. -М.: Сов.радио, 1972,448 с.

21. Данилов Е.А., Сальников И.И. Моделирование вейвлет-преобразования в частотных радиолучевых технических системах охраны. Научно-методический журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего - плюс. - Пенза: Изд-во ПГТА, №05(09), 2012. С. 107-111.

22. Данилов Е.А., Сальников И.И. Оценка параметров вейвлет-преобразования ЛЧМ-сигнала в частотных радиолучевых технических системах охраны. XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. -2012.-№ 10(14).-С.110-117.

23. Данилов Е.А., Сальников И.И. Оптимизация информационных параметров ЛЧМ-сигнала в частотных РЛТСО. Современные проблемы науки и образования: - 2014. - № 5; URL: http://www.science-education.ru/l 1914535

24. Данилов, Е.А. Операционная система KolibriOS. Актуальные проблемы науки и образования: Сборник материалов научной конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых. - Ч. 1. - Пенза, Изд-во ПГТА, 2008. -С.192-197.

25. Данилов Е.А. Потери информации при сжатии изображений. Актуальные проблемы науки и образования: Сборник материалов II научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Ч. 1. - Пенза, Изд-во ПГТА, 2009. - С.33-36.

26. Данилов Е.А. Накопление изображений с целью улучшения отношения сигнал-шум. Актуальные проблемы науки и образования: Сборник материалов III научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Ч. 1. - Пенза, Изд-во ПГТА, 2010. - С.7-11.

27. Данилов Е.А. Алгоритм накопления в ограниченной разрядной сетке спецпроцессоров. Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: Сборник статей IX Всероссийской научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2011. - С. 20-24.

28. Данилов Е.А., Сальников И.И. Детектирование движения объекта в методе накопления изображений. Успехи современного естествознания. - М.: Изд-во РАЕ, - № 6, 2012. - С.92-93.

29. Данилов Е.А. Улучшение отношения сигнал-шум с использованием вейвлет-преобразования в частотных радиолучевых технических системах охраны. Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: Сборник статей X Всероссийской научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2012. - С. 22-26.

30. Данилов Е.А., Кирдянов А.В. Многофункциональный контроллер. Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции - Заречный Пенз.обл.: 2012. - С. 39-45.

31. Данилов Е.А., Сальников И.И. Использование вейвлет-преобразования в частотных радиолучевых технических системах охраны. Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной

безопасности объектов: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции - Заречный Пенз.обл.: 2012. - С. 251-255.

32. Данилов Е.А. Анализ информативных параметров ЛЧМ-сигнала для радиолучевых ТСО. Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: Сборник статей XI Всероссийской научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2013. -С. 13-17.

33. Данилов Е.А. Новые варианты многофункциональных контроллеров. Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов: материалы X Всероссийской научно-практической конференции - Заречный Пенз.обл.: 2014. - С. 107-109.

34. Данилов Е.А. Современные области применения и направления развития охранно-доступных систем средней емкости. Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов: материалы X Всероссийской научно-практической конференции -Заречный Пенз.обл.: 2014. - С. 156-160.

35. Данилов Е.А. Оценка информативных параметров ЛЧМ-сигнал после вейвлет-преобразования. Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов: материалы X Всероссийской научно-практической конференции - Заречный Пенз.обл.: 2014. - С. 345-349.

36. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001,464 с.

37. Дудкин В.А., Джазовский Н.Б., Лебедев Л.А., Наумова Ю.А., Оленин Ю.А., Сальников И.И., Чистова Г.К., Колдов A.C. Системы и средства управления физической защитой объектов. Под редакцией Оленина Ю.А. - Пенза: Инф.-изд. Центр ПГУ, 2003. - Кн.2. - 256 с.

38. Дымова А.И., Альбац М.Е., Бонч-Бруевич A.M. Радиотехнические системы. -М.: Сов.радио, 1975,440 с.

39. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Методы аналитического выражения радиосигналов. - М. Высшая школа, 1966, 103 с.

40. Кухлинг X. Справочник по физике. - М.:, Мир, 1982, 519 с.

45. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. -М.: Высшая школа, 1982.

46. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. -М.: Госэнергоиздат, 1956.

47. Кнышев Д.А., Кузелин М.О. ПЛИС фирмы «ХШпх»: описание структуры основных семейств. -М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2001, 238 с.

48. Крахмалев А.К. Обзор состояния рынка средств и систем безопасности/ Каталог электронной техники. — М.: Изд-во Электронные компоненты, 2002. №2, С. 74-97.

49. Кравченко В.Ф., Рвачев В.А. «ЭДауеЬ^-системы и их применение в обработке сигналов. //Зарубежная радиоэлектроника, 1996, № 4, с.3-20.

50. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров-. М.:, Наука, 1974. - 830 с.

51. Куафе Ф. Взаимодействие робота с внешней средой. -М.: Мир, 1985,285 с.

52. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. -М.: Бином, 2007, 656 с.

53. Левин Б.Р. Статистическая радиотехника. - М.: Сов.радио,т.1, МИР

1974.

54. Лебедев Е.К. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. -Красноярск, изд-во Краснояр. ун-та, 1989. 192 с.

55. Лобанов М.М. Развитие советской радиолокационной техники. -М.: Воениздат, 1982,239 с.

56. Литвинская О.С., Чернышев Н.И. Основы теории передачи информации. -М.: Кнорус, 2010,168 с.

57. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. -М.: Мир, 1982.

5В. Макаров Г.И. Архивация и передача низкочастотного видеосигнала в цифровом виде // Системы безопасности, 2000. - №34.

59. Меньшаков Ю.К. Виды и средства иностранных технических разведок. -М.: Изд-во МГТУ им.Баумана, 2009, 656 с.

60. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. -М.: Мир, 256 с.

61. Мартынов В.А., Селихов Ю.И. Панорамные приемники и анализаторы спектра. -М.: Сов.радио, 1980. 352 с.

62. Оленин Ю.А., Якимов А.Н. Электродинамическая модель сигналообразования в двухпозиционной системе обнаружения радиолучевого типа при обнаружении малоразмерных целей, перемещающихся по поверхности земли. // Сб.науч.тр. «Проблемы объектовой охраны». Вып.2. -Пенза: Изд-во ИИЦ ПГУ, 2001, с. 176.

63 .Оленин Ю.А. Двухпозиционные радиолокационные системы обнаружения ближнего действия: основы электродинамики формирования информационных признаков сигнала. Сб.науч.тр. / Проблемы объектовой охраны. Вып.2. - Пенза: Изд-во ИИЦ ПГУ, 2001. - с.176.

64. Оленин Ю.А. Системы и средства управления физической защитой объектов. -Пенза: ИИЦ ПГУ, 2002,212 с.

65. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. -М.: Наука, 1981.

66. Сальников И.И. Анализ пространственно-временных параметров удаленных объектов в информационных технических системах. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. - 252 с.

67. Сальников И.И. Растровые пространственно-временные сигналы в системах анализа изображений. - М.: Физматлит, 2009, 248 с.

68. Сальников И.И., Чернышев М.Н. Определение размера и скорости движения нарушителя в двухпозиционных охранных системах ближней радиолокации. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - № 1 (17). - С. 96-105.

69. Сальников И.И., Чернышев М.Н. Моделирование еигналообразования в радиолокационных технических системах охраны. Фундаментальные исследования. - 2011. - № 8. - Ч. 2. - С. 397-401.

70. Сальников И.И. Оценка информативных параметров в частотных радиолучевых технических системах охраны. Научно-методический журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего - плюс. - Пенза: Изд-во ПГТА, №05(09), 2012. С.63-68.

71. Сальников И.И. Лучевая модель еигналообразования в двухпозиционных РЛСО. М., Изд.Альтаир, Журнал "Современные технологии безопасности", N3, 2003, С. 18-20.

72. Сальников И.И. Применение функции выбора при оптимизации параметров проектируемой сложной информационной системы. Журнал "Искусственный интеллект", Изд-во НАН Украины, №4, 2008, С.291 -301.

73. Сальников И.И., Чернышев М.Н. Интеграл Френеля-Кирхгофа при моделировании нарушителя в виде эллиптического цилиндра в двухпозиционных РЛТСО. / В сб. "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов".Вып.5. - г.Пенза: Изд. ПДЗ, 2007, С. 28-33.

74. Сальников И.И., Чернышев М.Н. Результаты программного моделирования еигналообразования в двухпозиционных РЛТСО. / В сб. "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов".Вып.5. - г.Пенза: Изд. ПДЗ, 2007, С. 33-35.

75. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. - М.: Мир, 1988.

76. Скольник М. Справочник по радиолокации. -М.: Сов.радио, т.1, 1976,456 с.

77. Сороко Л.М. Основы голографии и когерентной оптики. - М.: Наука,1971, 616 с.

78. Сперанский B.C. Сигнальные микропроцессоры и их применение в системах телекоммуникаций и электроники.-М.: Горячая линия-Телеком, 2008, 168с.

79. Спиридонов В. Всплеск революций. // Компьютерра, 1998, №8, с.29-30.

80. Справочное пособие по техническим средствам охраны границы. Под редакцией И.Н.Крюкова. - М.: Изд-во Граница, 2008. 270 с.

81. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Пер.с англ. В 4-х Т. М.: Сов.радио, 1976.

82. Справочник по радиоэлектронике. Под ред. Куликовского A.A. -М.: Энергия, Т1,1967. 648 с.

83. Сташин В.В, Урусов A.B., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.-М.: Энергоатомиздат, 1990.

84. Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. -М.: Горячая линия-Телеком, 2005, 252 с.

85. Френке Л. Теория сигналов. - М.: Советское радио, 1974, 360 с.

86. Фурман Я.А., Кревецкий A.B. и др. Введение в контурный анализ; приложения к обработке изображений м сигналов. Под ред. Фурмана Я.А. -М.: Физматлит, 2003, 592 с.

87. Черенкова Е.Л., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. -М.: Радио и связь, 1984, 272 с.

88. Чуй Т.К. Введение в вейвлеты. - М.: Мир, 2001, 421 с.

89. Шерстобитов С. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать // Системы безопасности, 1998. - №21.

90. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. -М.:Радио и связь, 1981, 416.

91. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. - М.: Советское радио, 1974, 360 с.

92. Яковлев А.Н. Основы вейвлет-преобразования сигналов: Учебное пособие. -М.:САЙНС-ПРЕСС, 2003, 80 с.

93. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. - М.: Наука, 1968,

344 с.

94. Юу Ф.Т.С. Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию. - М.: Сов.радио, 1979, 304 с.

95. http://www.start-7.ru

96. http://www.plis.ru

97. http://www.iss.ru