Оптимизация комплекса систем дистанционного зондирования при поляризационной адаптации каналов приема тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Желяева, Лилия Эмильевна

• Желяева, Лилия Эмильевна
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Желяева, Лилия Эмильевна

Введение '

1. Методы расширения информационных возможностей средств СДЗ.

1.1 Решение задач экологического мониторинга на основе использования пространственно-временных параметров сигнала.

1.2 Повьппение эффективности средств СДЗ путем использования методов оптимальной фильтрации.

1.3 Комплексирование информационных датчиков, как средство пов-ьппения точностных характеристик радиолокационных систем. Вьюоды

2. Оптимальная фильтрация радиолокационных датчиков комплекса с учетом поляризационных свойств сигналов.

2.1 Оптимальная фильтрация непрерьюных радиолокационных сигналов с учетом их поляризационной структуры.

2.2 Оптимальная фильтрация импульсных радиолокационных сигналов с учетом их поляризационной структуры.

2.3 Оценка эффектирности радиолокационных средств при пространственно-временной селекции сигналов.

Выводы

3. Особенности оптимизации двухканальных элементов комплекса СДЗ в условиях непреднамеренных помех.

3.1 Повышение эксплуатационной устойчивости БРЛС при воздействии коррелированных мешающих сигналов в ортогональных каналах приема.

3.2 Экологический мониторинг метеообразований при воздействии коррелированных помех в ортогональных каналах приема. Выводы

4. Повышение эффективности СДЗ при комплексировании радиолокационных систем.

4.1 К вопросу о преимуществах комплексированных систем.

4.2 Методы оценки эффективности комплексированных систем.

4.3 Оптимизация активно-пассивного комплекса, использующего поляризационную адаптацию.

Выводы 138 5. Экспериментальное исследование устройств оптимальной обработки поляризованных сигналов.

5.1 Результаты опытной эксплуатации адаптивных радиолокационных систем.

5.2 Разработка методов имитационного моделирования при комплексировании БРЛС.

Вьшоды

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация комплекса систем дистанционного зондирования при поляризационной адаптации каналов приема»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АКТУАЛЬНОСТЬ

В современных условиях ГА страны, кроме решения основной задачи обеспечения авиаперевозок пассажиров и грузов, решает многие другие задачи применительно к потребностям народного хозяйства. Этот перечень работ однозначно сформулирован в приказе МГА N 193 от 6 августа 1986 года (правоприемником МГА является департамент воздушного транспорта министерства транспорта России). Среди сформулированных задач применения авиации в народном хозяйстве (ПАНХ) следует отметить следующие:

- проведение геолого-разведочных работ в различных регионах страны, а также в Арктике и Антарктике; проведение аэрофотосъемок лесных массивов; проводка морских судов; поиски косяков рыбы; оценка биомассы сельскохозяйственных посевов; нахождение мест взлета и посадки воздушных судов санитарной и пожарной авиации; проведение различных научно-исследовательских работ в геофизических, географических и других приложениях.

Эффективность применения авиации в народном хозяйстве, включающем мониторинг окружающей среды, исследование полезных ископаемых, решение задач специального назначения и других применений в народном хозяйстве, связана с качеством функционального использования оборудования воздушных судов. Для решения вьппеуказанных задач используется как специально поставляемая аппаратура, так и штатное оборудование воздушного судна. Эффективность фзАкционального применения и надежность использования бортового оборудования ВС во многом определяется его качеством, возможностями измерения совокупности параметров позволяющих решать задачи распознавания геометрических и электрофизических свойств целей.

Именно поэтому применение радиотехнического оборудования ВС требует обеспечения соответствующей эффективности функционирования этого оборудования.

Решение задач ПАНХ неизбежно связано с необходимостью повышения качества функционирования бортового оборудования ВС в частности его радиотехнической части. В этой связи возникает проблема высокоэффективной и надежной работы систем радиотехнического обеспечения полетов, решающего проблемы навигационного и информационного обеспечения, а также непосредственного решения задач ПАНХ путем дистанционного зондирования подстилающих поверхностей.

Методы и средства использования радиотехнического оборудования ВС для вьшолнения работ, связанных с ПАНХ, до последнего времени практически оставались вне внимания научных исследований. Поэтому образовался определенный разрьш между разработкой отдельных средств для ПАНХ и их эксплуатацией в процессе решения этих задач.

Целью данной работы является разработкой методологии эффективного использования бортовых радиотехнических средств для решения задач ПАНХ.

Эксплуатация бортового радиотехнического оборудования связана с получением информации, определяемой задачами безопасности полетов и решением навигационных задач. Однако эта информация одновременно содержит в себе необходимые для ПАНХ сведения об окружающей среде и о подстилающей поверхности в частности. Не востребование этой информации существенно снижает возможности использования по назначению радиотехнического оборудования ВС. Получение этой информации в процессе полета ВС и составляет задачу ПАНХ. Повышение достоверности и надежности этой информации представляет серьезную научную проблему, пути решения которой рассматриваются в данной работе. Эксплуатация бортового радиотехнического оборудования, связанная не только с обеспечением навигации и безопасности полетов, а также с решением задач ПАНХ и представляет собой целевое назначение представленной работы.

Достоверная информация о подстилающих поверхностях имеет важное значение при решении задач навигации ВС и прежде всего это относится к таким определяющим этапам полета, как взлет и посадка. Отсутствие во многих регионах страны точных навигационных карт и единого радионавигационного поля существенно затрудняет проводку воздушных судов и создает угрозу для безопасности полетов в зонах со сложными рельефными особенностями. Все эти факторы вместе образуют понятие "изменяющиеся условия эксплуатации ВС" и соответствующие условия эксплуатации радиоэлектронного оборудования. Для РЭО это выражается в изменяющихся условиях распространения радиоволн (РВ) в изменении процесса отражения и переотражения, в появлении различных мешающих сигналов на выходе различньк радиотехнических устройств. Следовательно, в процессе эксплуатации бортового РЭО необходимо оперативно оценивать конкретные условия эксплуатации этого оборудования, т.е. непрерывно отслеживать происходящие изменения внешних условий среды, что означает необходимость осуществления мониторинга окружающей среды. Отсюда вытекает актуальность данной работы, которая рассматривает возможность и необходимость использования потенциальных возможностей сигналов РЭО, комплексирования различных средств дистанционного зондирования окружающей среды, в частности, комплексирования активных и пассивных средств. Эти меры позволяют улучшить информационные возможности радиотехнических систем и тем самым повысить точность определения параметров сигналов, увеличить достоверность получаемой информации, а также повысить надежность функционирования аппаратуры, решающей задачи обеспечения навигации и ПАНХ.

Таким образом, в данной диссертационной работе ставится научная проблема повышения эффективности использования радиолокационных систем ГА, путем увеличения надежности аппаратуры, повышения достоверности и точности измерений и других эксплуатационно-технических характеристик РЭО.

Целью работы является разработка теоретических основ и прикладных методов повьппения эффективности радиолокационных систем воздушных судов, используемых для решения задач ПАНХ и навигации, в условиях сложной помеховой обстановки, вызванной изменяющимися условиями внешних воздействий и изменчивостью параметров зондируемой поверхности.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

1. Обоснования требований к эксплуатационным характеристикам бортового РЭО (БРЭО), предназначенного для решения задач ПАНХ и навигации.

2. Разработки методов оценки и критериев эффективности применения радиолокационного оборудования.

3. Разработка методов повышения эффективности БРЭО, основанных на использовании пространственно-временных параметров сигнала.

4. Разработка методов повьппения эффективности БРЭО, основанных на комплексировании этого оборудования.

5. Повьппение эффективности эксплуатации БРЭО при решении задач ПАНХ и дистанционном зондировании подстилающих покровов путем учета тонкой структуры отраженных радиоволн.

6. Оценки эксплуатационных характеристик БРЛС, учитывающей нестабильность пространственно-временных характеристик сигнала.

7. Разработка методов определения функционального состава систем дистанционного зондирования (СДЗ) при комплексировании оборудования.

8. Разработки методики экспериментального использования адаптивных СДЗ и методов их имитационного моделирования на ЭВМ.

На защиту выносится: Совокупность научных положений и результатов, содержащих теоретическое обобщение в рамках проблемы повышения эффективности использования радиолокационных систем ГА, предназначенных для решения задач ПАНХ и навигации, а именно:

- выбор и обоснование критериев оценки эффективности применения СДЗ;

- методы оценки эксплуатационных параметров бортовых радиолокационных систем (БРЛС) в изменяющихся условиях их эксплуатации;

- методы повыщения эксплуатационной эффективности БРЛС, путем использования пространственно-временных характеристик сигнала;

- методы повьипения эффективности применения и надежности функционального использования БРЛС, посредством их комплексирования;

- принципы модернизации БРЛС, в основе которого заложена оптимизация обработки отраженных сигналов;

- результаты экспериментальных исследований устройств, реализующих повьппение эффективности радиолокационных систем.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Введены модифицированные критерии эффективности функционирования СДЗ.

2. Получены количественные оценки эффективности комплексированных СДЗ (КСДЗ) в изменяющихся условиях эксплуатации.

3. Предложены алгоритмы оптимальной обработки сигналов активных РЛС ВС.

4. Доказана необходимость использования пространственно-временных характеристик сигнала в изменяющейся помеховой обстановке.

5. Доказана возможность эффективного подавления непреднамеренных помех, действзтощих на входе БРЛС, путем адаптации приемного устройства.

6. Разработаны алгоритмы обработки сигналов БРЛС в эксплуатационных режимах "Земля", "Метео" и "Контур".

7. Определены особенности обработки сигналов при коррелированных щумах в каналах приема.

8. Доказана целесообразность комплексирования БРЛС, с целью повышения надежности системы в целом и минимизации количества приемных каналов.

9. Разработана методика имитационного моделирования процессов приема и обработки радиолокационных сигналов, позволяющая выбрать параметры этой системы и уменьшить материальные затраты на модернизацию РЭО ВС.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

1. Обеспечивать требуемое качество функционирования СДЗ для решения задач безопасности полетов, навигации и ПАНХ;

2. Повысить эффективность применения КСДЗ, путем оптимизации алгоритма обработки принимаемых сигналов.

3. Повысить надежность КСДЗ путем комплексирования оборудования.

4. Оценивать качество функционирования эксплуатируемых БРЛС с позиции соответствия их оптимальным.

5. Оценивать потенциальные точностные характеристики БРЛС, при использовании в конкретном режиме функционаньного применения.

6. Повысить дальность действия бортовых РЛС и точность выделения информационного параметра при сохранении имеющегося энергетического потенциала.

7. Модернизировать существующие радиолокационные системы воздушных судов.

8. Учесть нестабильность пространственно-временных параметров сигналов при расчете эксплуатационных характеристик БРЛС.

9. Уменьшить затраты на разработку и модернизацию БРЛС, применяя имитационное моделирование процесса обработки принимаемых сигналов.

Полученные и внедренные научные результаты обеспечивают повьппение безопасности и регулярности полетов ВС, успешно вьшолняют задачи ПАНХ и поэтому решенная в работе крупная научная проблема имеет важное народно-хозяйственное значение.

Реализация работы в промышленности и внедрении, рекомендации по степени

Разработка методов поляризационных радиолокационных наблюдений подстилающих покровов для ПАНХ" (Гос. регистрация N 067409); "Исследование статистических характеристик поляризационных параметров радиосигналов" (Гос. регистрация N 012274); "Разработка программного обеспечения для обработки сложных сигналов от датчиков оптико-электронной и радиотехнической аппаратуры" (Гос. регистрация N 0189003243); "Разработка экспериментальных образцов микрополоскового ферритового вентиля" (Гос. регистрация N 01.900040766); "Разработка предложений по организации регионального центра КРСПАС-САРСАТ и принципам обмена информацией между МКВЦ и ППИ-5"; "Повьппение эффективности РЭО путем использования поляризационных свойств сигналов".

Результаты исследований внедрены и использованы в следующих разработках, проводимых научными и промышленньми организациями различных министерств и ведомств: Гос.НИИ "Аэронавигация" (подразделение наземных средств) заказ ДВТ России N 2030191-32-99г. Гос.НИИ "Аэронавигация" (подразделение бортовых средств) рекомендации по повьпдению эффективности использования бортового РЭО, утвержденные начальником Гос.НИИ "Аэронавигация"; ЦНИИРЭС НИР 41-00 НИИ Микроприборов, НИР 193-99; НИЭМИ ОКР изд. 9К8Ш2; НТУ ДВТ России - Рекомендации по оценке эффективности РЭО; НТУ ДВТ России - Методы построения комплексированных систем РЭО при ПАНХ; предприятие "Радар ММС" (г. Санкт-Петербург); Центр эксплуатации радиоэлектронного оборудования и связи объединений авиалиний Украины; Опытно-конструкторское бюро "Компас-М".

Некоторые результаты внедрены в учебный процесс МИИГА в дисциплины "Теоретические основы радиолокации" и "Радиолокационные системы ВС".

Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.

АПРОКАТТИЯ РАБОТЫ.

Результаты работы докладывались на Международных, Всесоюзных, Республиканских и других научно-технических, НТК "Статистические методы обработки данных зондирования окружающей среды" (г. Рига, октябрь); Всесоюзная НТК "Проблемы соверщенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов" (г. Киев, 1999, сентябрь); Всесоюзная НТК "Инжерно-авиационное обеспечение безопасности полетов" (г. Москва, 2001, апрель); Всесоюзная НТК "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта" (г. Москва, 1999, апрель); "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов", КНИГА, ИЭ АН Украины (г. Киев, 2000, февраль); Международная НТК "Радиоэлектронные комплексы и системы обеспечения полетов" (г. Москва.2000, сентябрь).

В полном объеме материалы диссертации докладьшались на межкафедральных семинарах МГТУ ГА и ОЛАГА, а также в Гос.НИИ "Аэронавигация".

ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ.

По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 7 работ, в том числе 4 авторских свидетельств и кроме того, часть материалов приведена в научно-технических отчетах.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из Введения, пяти разделов. Заключения и списка используемых источников.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Желяева, Лилия Эмильевна

Основные выводы по работе сформулированы в конце каждого раздела.

Таким образом, в работе намечены пути повьипения эффективности использования радиолокационньпс систем ГА, путем увеличения надежности аппаратуры, повышения цостоверности, точности измерений и других эксплуатационно-технических характеристик.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Гражданская авиация широко используется в народном хозяйстве страны для решения различных задач, связанных с сельским хозяйством, поиском полезных ископаемых, для проведения геодезических и геофизических работ, тушения пожаров и т.д. Важнейшую роль при этом играет радиоэлектронное оборудование ВС, в частности радиолокационные системы. Высокую эффективность ПАНХ можно обеспечить при условии существенного повьппения эффективности применения радиолокационных систем ВС на основе повышения точности вьщеления их информационных параметров, повьппения достоверности получаемых результатов и обеспечения высокой приспособляемости функционирования РЛС ВС к изменяющимся внешним условиям.

Большинство задач ПАНХ связано с обеспечением дистанционного зондирования подстилающей поверхности и окружающей среды, что необходимо для получения сведений об окружающей среде и о состоянии подстилающей поверхности. Кроме того, эти сведения во многих случаях связаны с обеспечением безопасности полетов и необходимостью обеспечения навигации ВС в труднодоступных районах, где отсутствует единое радиолокационное поле.

Учитывая сказанное, данная работа бьша посвящена решению научной проблемы повышения эффективности использования радиолокационных систем ГА путем увеличения надежности аппаратуры, повышения достоверности, точности измерений и других эксплуатационно-технических характеристик. в работе показано, что магистральным путем повышения эффективности использования РЭО ВС является все более полное комплексирование РЭО. При этом комплексирование бортовых радиоэлектронных систем должно предусматривать объединение различных информационных средств (датчиков) в единую систему с целью повьппения точности въш:еления информационных параметров и надежности измерений. Точностные характеристики комплексированной системы зависят от качества и числа входящих в нее измерителей. Показано, что наиболее эффективным процесс комплексирования РЭО будет тогда, когда используются датчики, отличные друг от друга по принципу действия.

Для оценки качества процесса введены соответствующие количественные показатели, или показатели эффективности использования комплексированного РЭО. Данные показатели учитьшают изменяющиеся условия эксплуатации оборудования и дают оценку уровня использования конкретного оборудования по отношению к его эксплуатационно-техническим потенциальным возможностям.

Предложено в качестве основных показателей комплексированного РЭО использовать мгновенные и интервальные показатели качества функционирования. При этом в качестве критериев эффективности функционирования комплексированного РЭО необходимо выбрать минимум разности математических ожиданий показателей качества функционирования реального и некоторого идеализированного РЭО при условии сохранения других показателей оборудования неизменными.

Доказана целесообразность количественной оценки эффективности комплексирования РЭО путём введение таких показателей, как средняя эффективность использования РЭО в некоторый момент времени, средний коэффициент снижения эффективности РЭО, среднеквадратическое отклонение выходного эффекта РЭО.

В результате анализа снижения эффективности использования РЭО ввиду изменяющихся условий эксплуатации показано, что этот процесс связан с изменением параметров сигналов и параметров переносчиков этих сигналов на трассе распространения радиоволн, а также с взаимодействием радиоволн с различными зондируемьа1и объектами. При этом одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность функционирования комплексированного РЭО является изменение пространственно-временного состояния РВ при изменении условий эксплуатации.

Доказано, что учет изменения пространственно-временных характеристик радиоволны позволяет существенно повысить информативность принимаемых сигналов в комплексированом РЭО и соответственно повысить точность и достоверность вьщеляемой информации. В работе сделан аргументированный вывод, что для решения задач ПАНХ, а также решения различных навигационных задач и для обеспечения безопасности полетов ВС использование пространственно-временных свойств ЭМВ, для существенного повышения информативности РЭО является обязательным.

Однако существенных успехов в числе перечисленных задач возможно достигнуть только в том случае (и это показано в работе), если будет обеспечена необходимая точность и достоверность оценок всех параметров сигнала и ПП электромагнитной волны. В свою очередь решение этой локальной задачи может быть обеспечено путем применения методов нелинейной фильтрации принимаемых сигналов. Обоснована целесообразность применения методов нелинейной фильтрации для построения оптимальных комплексированных систем, состоящих из активных радиолокационных средств ВС и радиометрических систем. Именно такое сочетание составляющих комплексную систему позволяет обеспечит более высокую эффективность процесса дистанционного зондирования окружающей среды.

Показано, что кроме учета и выделения на приемной стороне ПП принимаемых радиосигналов целесообразно также осуществлять пространственно-временную селекцию для повьпцения качества функционирования приемньк устройств РЛС для повьппения эффективности их использования. Решение задачи обеспечения пространственно-временной селекции потребовало решения ряда смежных задач, т.е. осуществление анализа ПП радиоволн полезных и мешающих сигналов; фильтрации радиолокационных сигналов и получение оценок поляризационных и других параметров сигналов; адаптации приемного устройства, синтезированного с помощью аппарата оптимальной обработки, использования для селекции других радиолокационных средств, работающих в комплексе с основным; оценка эксплуатационной эффективности РЛС, использующей пространственно-временную селекцию.

Для решения перечисленных задач в работе даны различные варианты описания поляризационного состояния ЭМВ и сформулированы условия при которых целесообразно применение того иного представления.

Для выполнения синтеза оптимальных устройств комплексированного РЭО из известных методов фильтрации радиосигналов обоснован выбор оптимальной марковской нелинейной фильтрации, как в наибольшей мере соответствующей поставленным задачам. Для успешного применения указанных методов бьши предложены и обоснованы необходимые математические модели полезных сигналов и мешающих воздействий, а также математические модели информационных сообщений, используемых в системах дистанционного зондирования.

Для повышения эффективности функционального применения активных радиолокационных средств в работе выполнен синтез оптимальных устройств, вьщеляющих одновременно ПП отраженных от объектов радиолокационных сигналов, а также собственно параметров радиосигнала при различных вариантах представления поляризационного состояния радиоволны. В результате этого синтеза получены алгоритмы построения приемных устройств РЛС, представляющие собой комбинации следящих устройств за изменениями выбранньк информационных параметров. Полученные при этом количественные оценки дисперсий информационных параметров позволяют сформулировать требования для обеспечения эффективной работы РЛС в изменяющихся условиях эксплуатации, что в данном случае означает изменение помеховой обстановки на входе приемных устройств радиолокационных средств. К существенным результатам следует отнести анализ видоизменения алгоритмов обработки сигналов при наличии и отсутствии статистической зависимости между вьщеляемыми информационными параметрами. Доказано, что учет корреляционной связи между вьщеляемьпу1и информационными параметрами повышает точность оценки каждого отдельно взятого параметра. Так, например, при определенных условиях относительная ошибка фильтрации угла эллиптичности 8 при учете статической связи между углом эллиптичности и углом ориентации эллипса поляризации ЭВМ снижается от 0.94 до 0.85. При условии представления поляризационного состояния электромагнитной волны через амплитудные и фазовые соотношения оптимальный приемник превращается в устройство, содержащее два канала обработки ортогонально поляризованных компонентов ЭМВ, каждый из которых содержит систему ФАПЧ - для осуществления квазикогерентного приема и устройства автоматического регулирования усиления. Учет импульсного характера радиолокационного сигнала для типовьк эксплуатационных режимов бортовых РЛС приводит к структуре приемника, состоящей из оптимального приемника видеоимпульса, включающую в себя замкнутую систему автоматического регулирования и коррелирующее звено, учитьшающее двукомпонентный характер радиолокационного сообщения (в рамках принятых моделей), а также содержит систему ФАПЧ с коррелирующим звеном, учитываюшим доплеровский сдвиг частоты и две следящие системы вьщеления геометрических параметров эллипса поляризации.

В работе показано, что реально существующие при эксплуатации бортовых РЛС различные шумовые воздействия в каналах обработки оптимальных структур приводят к необходимости введения в указанные каналы специальных усилительных устройств, осуществляющих процедуру взвешивания на основе получаемых оценок. Введение в эксплуатацию синтезированных оптимальных структур позволяет в два раза повысить такую определяющую эксплуатационную характеристику РЛС как точность измерения расстояния до зондируемого объекта.

Принципиальным вопросом является то, что в реальных условиях эксплуатации бортовых РЛС в режиме "Метео" зондируемые объекты представляют собой объемно распределенные цели, что вызывает необходимость рассматривать принимаемый сигнал как сигнал со случайной амплитудой и длительностью. Проведенный для этого случая синтез показал, что в дополнение к ранее указанным устройствам приемника добавляется устройство для автоматического регулирования усиления и селектор импульсов по длительности, который в общем случае может быть единым для обоих каналов.

Реализация этих оптимальных устройств физически означает обеспечение полного поляризационного согласования между приходящим сигналом и приемной антенной в изменяющихся условиях эксплуатации, т.е. в этом случае флуктуационное поведение поляризационных параметров ЭМВ не влияет на основные эксплуатационные характеристики бортовых РЛС. При этом знание значений поляризационных параметров ЭМВ на приемной стороне дает возможность контроля и определения степени изменения условий эксплуатации РЛС. Эти знания позволяют также выбирать режимы работы БРЛС в процессе эксплуатации по критерию максимума радиолокационного контраста. Это определяется степенью поляризационной анизотропности полезной цели и мешающего объекта. Динамические диапазоны значений радиолокационного контраста, приведенного к экрану индикатора, при изменении вида поляризации составляет 17 дБ. Одновременно оптимизация режима работы БРЛС при воздействии мешающих отражений от метеообразований, а также просачивающихся по боковым лепесткам ДНА, обеспечивает среднюю эффективность использования бортовых РЛС до 20 дБ.

При эксплуатации БРЛС флуктуации поляризационного состояния ЭМВ могут вызвать ухудшение тактико-технических характеристик БРЛС, что равносильно либо мешающему воздействию помех на приемные устройства, либо постепенному отказу аппаратуры из-за эффекта старения.

В режимах работы БРЛС "Метео" и "Контур", когда имеем дело с многопараметрическим импульсным сигналом, целесообразно использовать оптимальный приемник, содержащий систему вьщеления информационного сообщения, два устройства ФАПЧ и два АРУ с перекрестными связями и систему вьщеления ПП ЭМВ.

Построение оптимальных ситнезированных приемников позволяет автоматизировать процесс определение условий эксплуатации БРЛС на основе поляризационного анализа и обеспечивает адаптацию приемных устройств к изменяющимся условиям эксплуатации.

Работа БРЛС характеризуется наличием большого количества непреднамеренных помех на входе приемного устройства, вызванных функционированием других радиосредств ГА (и не только ГА). Для борьбы с этими помехами могут быть использованы методы пространственно-временной селекции. Показано, что в приемном устройстве необходимо выполнить оценки ПП полученного сигнала и помехи, сформировать копию мешающего сигнала и путем вьшитания осуществить полную компенсацию непреднамеренной помехи.

Оценка эффективности функционирования БРЛС, использующих оптимальную поляризационную обработку сигналов, показала, что эффективность находится в пределах от

1.05 до 2.21, в зависимости от отношения сигнал/шум действующего на входе приемных устройств. При этом показано, что при проведении измерений излучательная способность объекта непрерьшно меняется от максимального значения, равного большему из собственных значений матрицы потерь до минимального, равного меньшему из них.

Доказано, что применение комплексирования бортового радиолокационного оборудования в процессе его функционального использования целесообразно осуществлять на основе систем отличающихся по своему физическому принципу действия. При этом значения информационных параметров, полученные в процессе эксплуатации от различных датчиков, оказываются коррелированньв1и, что повьппает точностные показатели комплексной системы.

Показано, что процесс измерения в комплексной системе параметров рассеяния и излучения носит статистический характер и определяется типом зондируемой поверхности, степенью шероховатости и анизотропности данной поверхности, относительными размерами антенного пятна и наличием неоднородностей в структуре зондируемого объекта. Для повьппения вероятности однозначного решения' задач распознавания классов и типов зондируемых объектов целесообразно использовать в комплексных системах многоканальные измерители, причем необходимое количество каналов и их функциональный состав определяется с помощью использования информационных критериев.

Анализ показал, что для самолетного радиолокационного комплекса целесообразно использовать каналы, информативность которых мало зависит от пилотажно-навигационных характеристик ВС. В полной мере этому требованию отвечает комплекс, состоящий из радиометрического канала и двух каналов активного радиолокатора.

Для успешного решения задач классификации и идентификации зондируемых объектов следует использовать статистические характеристики фоновых сигналов соответствующие К-распределению, являющимся обобщенным видом распределения из которого получаются различные известные частные случаи. Применение К-распределения позволяет повысить информативность распознавания зондируемых объектов, причем увеличение параметра масштаба этого распределения зАеличивает количество получаемой информации по закону близкому к линейному.

Проведенный синтез комплексированной системы при однопараметрическом и многопараметрическом задании параметров сигналов показал, что при совместной обработки реализаций обоих каналов оценка информационного параметра вводится в активный и пассивный приемник с целью слежения за изменениями апостериорной плотности вероятности. Преимуществом комплексированной системы является отсутствие необходимости включения того или иного канала в процесс эксплуатации и выбора канала с наибольшей точностью в данных условиях внешних воздействий: оба канала комплекса функционируют непрерывно обеспечивая минимальную ошибку вьщеления информационного параметра.

Учет корреляционных связей между шумовыми компонентами активного и пассивного каналов снижает ошибку фильтрации вьщеляемого параметра.

Оценка эффективности комплексированной системы по сравнению с также оптимизированньвш раздельно активньв1и и пассивньпли системами показала преимущества комплекса в части обеспечения более высокой точности вьщеления параметра сигнала. Этот вьшгрыш более весом при малых отношениях сигнал/шум и интенсивных флуктуациях измеряемого параметра, когда отдельная система, в особенности неоптимизированная, дает ошибку определения параметра существенно более высокую нежели комплекс.

В работе показано, что с целью повьппения эффективности функционального применения радиолокаторов для решения задач ПАНХ наиболее перспективНьв1и направлениями являются: использование информации заложенной в ПП ЭМВ, поляризационной адаптации радиолокатора и комплексировании активно-пассивных средств дистанционного зондирования.

Проведенные в диссертации экспериментальные исследования подтвердили основные теоретические положения и доказали возможность технической реализации приемных устройств, обеспечивающих максимизацию эффективности функционального применения РЛС ВС.

Основные итоги работы выражаются в следующих результатах:

- Предложены критерии и показатели эффективности функционального применения РЛС ВС;

- Показана перспективность использования пространственно-временных параметров сигнала и комплексирования активных и пассивных радиолокаторов для решения навигационных задач и задач ПАНХ, обеспечения электромагнитной совместимости РЭО и селекции полезных сигналов в условиях действия непреднамеренных помех;

- Показана связь пространственно-временных параметров волны и параметров сигнала с электрофизическими свойствами зондируемого объекта;

- Обосновано использование методов оптимальной нелинейной фильтрации для совершествования радиолокационных средств исследования подстилающих покровов и различного вида метеообразований;

- Создана методика анализа помеховой обстановки в процессе функционального применения РЛС ВС, основанная на осуществлении полного поляризационного анализа мешающих отражений;

- Вьшолнен синтез оптимальных алгоритмов обработки непрерывных (режим обзора подстилающих покровов) и импульсных радиолокационньк сигналов (режим обзора метеообразований), принимаемьгх в условиях воздействия мещающих отражений с учетом поляризационной структуры этих сигналов;

- Предложены методы осуществления компенсации непреднамеренных помех от соседних средств радиотехнического обеспечения полетов, основанные на использовании в приемных устройствах РЛС ВС различия в поляризационной структуре полезного сигнала и непреднамеренной помехи;

- Проведен анализ эксплуатационных характеристик БРЛС при нестабильности поляризационных параметров сигнала. Выявлены особенности оптимизации радиолокационных систем при воздействии в каналах приема коррелированных шумов и внешних непреднамеренных помех;

- Выполнен синтез оптимальной структуры активно-пассивного комплекса с целью минимизации ошибки измерения параметров сигнала;

- Разработана методика оценки эффективности функционального применения комплекса, в результате которой определены условия необходимости комплексирования оборудования и определен его состав;

- Разработан пакет прикладных программ для имитационного моделирования процесса функционального применения комплексированной системы РЛС ВС;

- Получены количественные оценки эффективности функционального применения РЛС ВС, использующих в процессе эксплуатации оптимизацию, по выбранньпи: критериям, для конкретных режимов работы, связанньпс с изменением поляризационного состояния излучаемой радиоволны в передатчике РЛС ВС;

- Произведен анализ помехоустойчивости поляризационно-разнесённого приёма радиолокационных сигналов, из которого следует, что в этом случае точность вьщеления информационного параметра радиолокационного сигнала увеличивается вдвое;

- Получены расчетные соотношения для оценки величины относительных ошибок фильтрации активных и комплексированных рациолокационных систем ВС;

- Выполнены экспериментальные исследования, показавшие справедливость и обоснованность основных теоретических положений работы;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Желяева, Лилия Эмильевна, 2002 год

1.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. "Поляризация радиолокационных сигналов" - М: Сов радио, 1966 - 940 с.

2. M.C.Dobson, P.Konyate and F.T.Ulabu "A reexamination of soil textural effects on microwave emission and backscattering" IEEE Trans. Geoscience Remote sensing,vol GE-22, pp 530535,1984.

3. M.C.Dobson, F.T.Ulabu, M.T.Hallikainen and A.El-Rayes "Microwave dielectric mixing models" IEEE Trans. Geoscience Remote sensing, vol. GE-23, pp 35-46,1985.

4. M.C.Dobson, F.T.Ulabu "Active microwave soil research" IEEE Trans. Geoscience Remote sensing, vol. 24, N1 pp 23-36,1986.

5. F.T.Ulabu, T.F.Haddock, J.R.East, M.W.Whitt "A millimeterwave network analizer based scatterometer" IEEE Trans. Geoscience Remote sensing, vol. 26, N1,1988.

6. A.P.Agrawal, W.M.Boemer "Redevelopment of Kennaugh's target characteristic polarization state theory using the polarization transformation ratio formalism for the coheren case" IEEE Trans. Geoscience Remote sensing, vol. 27, N1, Januare 1989.

7. Zyl J.J., Zebker H.A., Elachi C. "Imaging radar polarization signatures: theory and observation". Radio science, vol.22, N4, pp 529-543, july-october 1987.

8. Богородский B.B., Канарейкин Д.Б., Козлов А.И. "Поляризация рассеянного радиоизлучения земных покровов" Л: Гидролитеоиздат, 1981. - 280 с.

9. Горелик А.Л., Барабаш Ю.Л., Кривошеев О.В., Эпштейн С.С. "Селекция и распознавание на основе радиолокационной информации" М: Радио и связь, 1990 - 240 с.

10. Зубкович С.Г. "Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности" М: Сов. радио, 1970 - 224 с.11 "Радиолокационные методы исследования земли" под ред. Ю. А.Мельника М: Сов. радио, 1980-264 с.

11. Поздняк СИ., Мелитицкий В.А. "Введение в статистическую поляризацию радиоволн" М: Сов. радио, 1974 - 480 с.

12. Волосюк В.К., Пономарев В.И., Яковлев В.П., Позоровский А.Ю. "Корреляционная радиолокационных и радиотепловых изображений поверхности". Труды ГОСНИЦИПР, N26. Л: Гидрометеоиздат, 1986 с. 20-27.

13. Тихонов В.И., Кульман Н.К. "Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов" М: Сов. радио, 1975 - 704 с.

14. Ярлыков М.С. "Применение марковской теории нелинейной фильтрации в радиотехнике" М: Сов. радио, 1980 - 360 с.

15. Ко Н. "Некоторые вопросы теории антенн, связанные с приемом частотно-поляризованного излучения" Труды Ин-та радиоинженеров, 1961, N9 с. 354-365.

16. Челпанов И.Б. "Оптимальная обработка сигналов в навигационных системах". М: Наука, 1967.

17. Ривкин С.С, Ивановский Р.И., Костров A.B. "Статистическая оптимизация навигационных систем". Л: Судостроение, 1976.

18. Селезнев В.П. "Навигационные устройства". М: Машиностроение, 1974.

19. Жуковский A.n. "Автономные радиоустройства и системы управления летательными аппаратами". М: МАИ, 1980 86 с.

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

21. Лутин Э.А., Логвин А.И. "Комплексное использование устройств зондирующих земные покровы". В кн. "Проблемы технической эксплуатации и совершенствования РЭО". М: МИИГА, 1991-с. 12-18.

22. Сосновский A.A., Хаймович И.А., Лутин Э.А., Максимов И.Б. "Авиационная радионавигация". Справочник под ред. Сосновского A.A. М: Транспорт, 1990 - 264 с.

23. Ярлыков М.С, Миронов М.А., Моисеенко Ю.Н. "Оптимизация алгоритмов обработки информации в комплексном радиовысотомере". Радиотехника, 1984, т.39, N5 с. 411.

24. Кузьмин СЗ. "Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации". М: Радио и связь, 1986 352 с.

25. Устинович В.Б. "Анализ поляризационных характеристик подстилающих покровов и использование его результатов для подавления мешающих отражений и трассовых РЛС УВД". Дисс. канд. технич. наук. М: НЭЦ АУВД, 1981 - 232 с. ДСП.

26. Лутин Э.А., Логвин А.И. "Оптимальный синтез структуры активно-пассивного комплекса" В кн. "Методы и средства обработки сигналов в радиотехнических системах ГА". М: МИИГА, 1992-с. 15-24.

27. Козлов А.И., Логвин А.И. и др. «Дистанционные методы исследования морских льдов». Санкт-Петербург Гидрометеоиздат, 1993 342 с.

28. Логвин А.И., Лутин Э.А, "Эффективность поляризационной адаптации приемников БРЛС, выполняющих задачи ПАНХ". В кн.

29. Логвин А.И., Лутин Э.А., Желяева Л.Э. (Радиотехника)

30. Первачев СВ. "Радио автоматика". М: Радио и связь, 1982 296 с.

31. Коган И.М. "Ближняя радиолокация". М: Сов. радио, 1973 272 с.

32. Амиантов И.Н. "Избранные вопросы статастической теории связи". М: Сов. радио, 1971 -416 с.

33. Козлов А.И., Логвин А.И., Лутин Э.А. "Влияние коррелированного шума на характеристики комплексной системы дистанционного зондирования". М: Радиотехника (в печати).

34. Бакман П. "Оптимальная поляризация приемной антенны для селекции волн по их поляризации". ТИИЭР, 1968, т.56, N10 с. 126-127.

35. Потехин В.А., Глухов А.И., Родимов А.П. "К вопросу о поляризационной селекции радиолокационных сигналов". Радиотехника и электроника, т. 17,1969, N3 с. 434-440.

36. Фам Игок Тхай "Оптимальная поляризация излучения РЛС". Известия ВУЗов. Радиотехника, 1982, Т.25, N7 с. 76-77.

37. Давьщов П.С., Лутин Э.А., Кузнецов Ю.Г., Лукьяненко В.И. "Моделирование радиотехнических систем в структуре БПЖ". В кн. "Эффективность и оптимизация систем и процессов в ГА". М: МИИГА, 1978 с. 103-106.

38. R.J.Miller "А coherent moel of radar weather clutter". Proceeding of 1988 IEEE national radar conferenc. April 20-21,1988, pp 246-248.

39. Козлов А.И., Лутин Э.А. "Комплексное использование устройств, зондирующих земные покровы". В кн. "Тезисы докладов ВНТК "Статистические методы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды". Рига, 1986.

40. F.T. Ulabu AND W.H.Stiles "Microwave radipmetric abservations of snowpacks. Workshop on microwave remote sensing of snowpack properties". NASA Conf. publ. 2153, Port Collins, CO, may 20-22 1980, pp 1083-1091.

41. Басе Ф.Г., Фукс И.М. "Рассеяние волн на статистически неровной поверхности". М: Наука, 1972 424 с.

42. Берн М., Вольф Е. "Основы оптики" М: Наука, 1970 - 856 с.

43. Яглом A.M., Яглом И.М. "Вероятность и информация". Гостехиздат, 1960 364 с.

44. Козлов А.И., Логвин А.И., Лутин Э.А. "Методы и средства радиолокационного зондирования подстилающих поверхностей в интересах народного хозяйства". Итоги науки и техники, серия "Воздушный транспорт", т.24. М: ВИНИТИ, 1992 246 с.

45. Шутко A.M. "Исследование поверхности акватории методами СВЧ радиометрии". Обзор. Радиотехника и электроника, том ХХШ, N10,1978 с. 2107-2120.

46. Рабинович Ю.И., Лощилов B.C., Шульгина Е.М. "Анализ результатов измерений характеристик ледяного покрова". Труды симпозиума по советско-американской экспедиции "Беринг". Л: Гидрометеоиздат, 1975 с. 294-313.

47. Cray A. Z., Hawkins R. K., Livingstone С.Е., Z. Drappier Ansenault and Ichnstone W. M. "Simultaneoces seatterometer and radiometr measurement of sea ice microwave signatures". IEEE Journal of oceanic engineering, vol. OE-7, N1, januare 1982 p 20-32.

48. S. Parashar, R.M.Haralick, R.K.Moore and A.W.Biggs "Radar seatterometer discrimination of sea ice types". IEEE Trans. Geoscien Electron., vol. GE-15,1977, pp 83-87.

49. Шеннон К.Э. "Работы по теории информации и кибернетики". М: ИЛ, 1963 829 с.

50. S.H.Yuch and J.A.Kong "K-Distribution and polarimetric terrain radar clutter". Journal of electromagnetic waves and application, vol. 3, N8,1989 pp 747-768.

51. Лутин Э.А. "Статистический метод распознавания цели на фоне морской поверхности". В кн. "Применение дистанционного зондирования для решения задач ПАНХ". М: 1990-с. 132-136.

52. Сергунин СМ. "О точности измерения эффективной площади рассеяния с помощью РЛС БО с борта самолета". Труды ГосНИЦПР, вып. 14, Л: Гидрометеоиздат, 1982 с. 43-46.

53. Николаев А.Г., Перцов СВ. "Радиотеплолокация". М: Воениздат, 1970 с. 132.

54. Гнеденко Б.В. "Курс теории вероятностей". М5 Наука, 1961 416 с.

55. Cray A.L., Hawkins R.K., Livingstone C.E., L. Drappier Arsenault and Ichustone W.M. "Simultaneous seaterometer and radiometer measurements of sea ice microwave signatures". IEEE Journal oceanic engineering, vol OE-7, N1, januare 1982 p 20-32.

56. Ramsler R.O., Gloersen P., Campbell W.J., Chang T.C. "Mesoscale discription for the principal Bering sae ice experiment". В кн. "Советско-американский эксперимент "Беринг". Л: Гидрометеоиздат, 1975 с. 234-270.

57. Баталов Р.Х. "Особенности задач пассивной радиополяриметрии". В межвузовском сб. "Вопросы совершенствования методов технической эксплуатации авиационного и радиоэлектронного оборудования ГА". Рига; РКИИГА, 1985 с. 129-131.

58. Лутин Э.А. "Разработка программного обеспечения для обработки сложных сигналов от датчиков оптико-электронной и радиотехнической аппаратуры". Отчет по теме N193-84, N госрегистрации 08190073242. М: МИИГА, 1990 с. 64-85.

59. S.H.Yuch and J.A.Kong "K-Distribution and polarimetric terrain radar clutter". Journal of electromagnetic waves and application, vol. 3, N8,1989 pp 747-768.

60. Лутин Э.А. "Амплитудный метод определения азимутальных координат ЛА на MB Л, обеспечивающий повьппение уровня безопасности полетов". В кн. "Тезисы докладов Всесоюзной НТК "Инженерно-авиационное обеспечение безопасности полетов". М: МИИГА, 1985-с. 77.

61. Яковлев В.П., Вузман И.П. "Сравнение радиолокационного и СВЧ радиометрического методов определения диэлектрической проницаемости". Изв. вузов. Радиофизика, 1988, Т.31, N4 с. 421-425.

62. Лутин Э.А. "Комплексное использование пассивных и активных радиолокационных средств на борту ВС для дистанционного зондирования". В кн. "Применение дистанционного радиозондирования для решения задач ПАНХ". М: МИИГА, 1990 с. 116-121.

63. Козлов А.И., Логвин А.И., Лутин Э.А. "Синтез оптимальной структуры комплексной системы дистанционного зондирования". М: Радиотехника (в печати).

64. Бьпсов В.В. "Цифровое моделирование в статистической радиотехнике". М: Сов. радио, 1971 326 с.

65. Борисов Ю.П., Цветков В.В. "Математическое моделирование радиотехнических систем и устройств". М: Радио и связь, 1985 176 с.

66. Ермаков СМ., Михайлов Г.А. "Курс статистического моделирования". М: Наука, 1976-320 с.

67. Воробьев В.Г., Кузнецов СВ. «Критерии эффективности системы технической эксплуатации и ремонта пилотажно-навигационного и радиоэлектронного оборудования». В кн. хМетоды и средства ТЭ авиационного оборудования» М.: МИИГА, 1986 г.

68. Новиков B.C. « Техническая эксплуатация и надежность авиационного радиооборудования». М.: Транспорт, 1970 г.

69. Барзилович Е.Ю. «Модели технического обслуживания сложных систем» М.: Высшая школа, 1982 Г.78. «Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры». Под. Ред. В.Ю. Лавриненко. 2-е издание. М.: Высшая школа, 1978 г.

70. Смирнов H.H., Ицкович A. A. «Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию"» М.: Транспорт, 1980 г.

71. Смирнов H.H., Зубков Б.В., Чинючин Ю.М., Жорняк Т.Н. «Основы летно-технической эксплуатации, ремонта и безопасности полетов». М.: РИО МИИГА, 1981 г.

72. Козлов А.И., Логвин А.И., Лутин Э.А. «Методы и средства радиолокационного зондирования подстилаюших поверхностей в интересах народного хозяйства». Итоги науки и техники, серия «Воздушный транспорт», т. 24. М.: ВИНИТИ, 1992 г.

73. Логвин А.И. «Повьппение эффективности функционального применения радиолокационных комплексов УВД при эксплуатации в условиях воздействия мешающих отражений» Дисс. доктор технических на)гк - М.: МИИГА, 1987 г.

74. Яковлев В.П. «О возможности радиометров и радиолокаторов при дистанционном зондировании подстилающей поверхности». Труды ГОСНИЦИПР «Радиофизические принципы методы исследования природной среды» М.: Гидрометеоиздат, 1986 г.

75. Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. «Защита от радиопомех» Под ред. Максимова М.В. М.: Сов. Радио, 1976 г.

76. Жуковский A.n., Расторгуев В.В. «Автономные комплексированные устройства и системы управления». М.: МАИ, 1981 г.

77. Козлов А.И., Логвин А.И. и др. «Дистанционные методы исследования морских льдов». Санкт-Петербург Гидрометеоиздат, 1993 342 с.