Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003)

31нфорл1атика в тсхничсскол1 ушшсрснлстс Серия основана в 2000 голу В ад Информатика в техническом университете РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ д-р техн. наук И.Б. Федоров — главный редактор д-р техн. наук И.П. Норенков — зам. главного редактора д-р техн. наук Ю.М. Смирнов — зам.

главного редактора д-р техн. наук В.В. Девятков д-р техн. наук В.В. Емельянов канд. техн. наук И.П. Иванов д-р техн. наук В.А. Матвеев канд. техн. наук Н.В. Медведев д-р техн. наук В.В. Сюзев д-р техн. наук Б.Г. Трусов д-р техн. наук В.М. Черненький д-р техн. наук В.А. Шахнов и Овмаииоииые техиОлОГИИ иотехнических системах Под редакцией И.Б. Федорова Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальноопям «Радиотехника» и «Радиоэлектпронные системы» направления подготовки дипломированных специалистов «Радиотехника» Москва Издательство МГТУ имени Н.Э.

Баумана 2003 УДК 621.396(075.8) ББК 32 И741 Рецензенты: кафедра «Радиотехнические системы» Спб ГЭТУ (зав. кафедрой д-р техн. наук проф. В.М. Кутузов); д-р техн. наук проф. Ю.Г. Сосулин Авторы: В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М. Егоров, В.В. Калмыков, А.А. Кузнецов, А.И. Николаев, В.Б. Пудловский, В.А. Родзивилов, Ю.Н. Себекин, А.И. Сенин, Г.П. Слукин, И.Б. Федоров Информационные технологии в радиотехнических системах: И741 Учебное пособие / В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М.

Егоров и др.; Под ред. И.Б. Федорова, — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.— 672 с.: ил. — (Сер. Информатика в техническом университете.) 1БВХ 5-7038-2263-7 Изложены основы статистической теории радиосистем. Рассмотрены задачи обнаружения, различения, разрешения сигналов на фоне помех, а также измерения параметров сигналов, в том числе изменяющихся за время наблюдения. Сделана попытка обобщить методический подход к анализу и синтезу основных информационных технологий для различных радиотехнических систем: радиолокационных, спутниковых, радионавигационных и систем передачи информации. Содержание учебного пособия соответствует курсам лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Для стулентов высших технических учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Радиотехника». Может быть полезным аспирантам, работникам научно-исследовательских организаций и промышленности, занимающихся вопросами разработки радиотехнических систем различного назначения. УДК 621.396(075.8) ББК 32 © Коллектив авторов, 2003 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 15В1Ч 5-7038-2263-7 ОГЛАВЛЕНИЕ 12 15 19 !9 20 25 28 32 36 37 37 39 43 47 56 59 61 ПРЕДИСЛОВИЕ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ .. СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ,......... 1.1. Роль радиотехнических систем в современном обществе ............................ 1.2. Классификация радиотехнических систем. 1.3. Тактико-технические характеристики радиотехнических систем ...,........ ! .4. Энергетические соотношения в радиотехнических системах ..................... 1.5. Тенденции развития радиотехнических систем........ Контрольные вопросы .. 2. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ....

2.1. Информация, сообщение, сигналы.. 2.2. Математические модели сигналов и помех.. 2.3. Векторное представление сигналов 2.4. Дискретизация непрерывных сигналов... 2.5. Преобразование непрерывных сигналов в цифровую форму.....................

2.6. Сложные сигналы .. 2.6.1. Линейные рекуррентные последовательности максимальной длины . 2.6.2. Линейные рекуррентные последовательности немаксимальной длины 2.6.3. Сегменты М-последовательностей 2.7. Системы сигналов.. 2.7.1. Ортогональные сигналы 2.7.2. Биортогональные сигналы . 2.7.3. Симплексные сигналы 2.8. Моделирование сигналов и помех 2.8.1. Моделирование случайных величин. 2.8.2,Моделирование случайных векторов.....,................................„----- 2.8.3.Моделирование гауссовских случайных процессов..........................

2.8.4.Моделирование негауссовских случайных процессов...................... Контрольные вопросы .. 69 72 73 75 81 81 83 83 89 94 105 109 Оглаепелие 111 111 1!4 120 120 3.3.2. Обнаружение детерминированного сигнала на фоне белого шума .. 134 143 148 151 160 160 160 3.4.3. Различение е детерминированных сигналов на фоне белого шума. 168 3.4.4. Различение двух сигналов со случайной начальной фазой на фоне 3.6. Обнаружение сигналов в условиях априорной неопределенности............. 192 Контрольные вопросы....................................................

198 4. РАЗРЕШЕНИЕ СИГНАЛОВ 200 4.1. Понятие о разрешении сигналов 200 4.2. Функция рассогласования (неопределенности) в теории разрешения........ 203 4.2.1. Общие сведения о функции рассогласования ...................................... 203 4.2.2. Время-частотные функции рассогласования ........................................ 205 209 209 214 220 4.4.1. Особенности выбора время-частотных функций рассогласования... 220 221 „,. 225 „..

227 .. „230 5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ........ 231 5.!. Общие сведения.. ...„,.„„„„„„„.„„„„„..„,.„............. 231 б 3, ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ 3.1. Общие сведения .. 3.2. Основные положения теории статистических решений. Оптимальные критерии . 3.3. Обнаружение сигналов.. 3.3.1. Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов ........................., З.З.З. Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой на фоне белого шума. 3.3.4. Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой на фоне белого шума.

3.3.5. Обнаружение пачки сигналов .. 3.4. Различение сигналов . 3.4.1. Оптимальные алгоритмы различения сигналов ................................ 3.4.2. Различение двух детерминированных сигналов на фоне белого шума.. белого шума 3.4.5. Различение и сигналов со случайной начальной фазой на фоне белого шума. 3.5. Оптимальный прием сигналов на фоне небелого шума.......................... 3.5.1. Обнаружение сигнала 3.5.2. Различение сигналов. 4.3. Функции рассогласования когерентных сигналов 4.3.1.

Сигналы без внутриимпульсной модуляции .............................. 4.3.2. Частотно-модулированные сигналы 4.4. Сигналы, обеспечивающие высокие разрешающие способности по времени запаздывания и частоте .. 4.4.2. Фазоманипулированные сигналы 4.5. Угло-полярнзационные функции рассогласования ........ 4.6. Согласованное и оптимальное разрешения сигналов..... Контрольные вопросы .

173 179 182 182 190 Оелаелеиие 5.1.1.Измерение случайных параметров. . ......... ......--- ---- .... 233 5.1.2. Измерение неслучайных параметров... 236 5.1.3. Особенности многократного измерения случайных параметров ....... 237 238 240 241 частоты. . 242 5.3.

Следящие измерители дальности и доплеровского сдвига частоты ........... 245 ... 252 ... 253 ................................. 2 55 5.4.3. Дискриминаторные методы измерения угловых координат............... 257 5.5. Точность измерения параметров .. ........ 26 1 Контрольные вопросы .

267 269 .... 269 .... 269 .... 274 . 280 . 280 .. 287 323 325 327 327 330 334 336 339 5.2. Измерение параметров радиолокационных сигналов .................,........ 5.2.1. Неследящие измерители дальности.. 5.2.2. Неследяшие измерители скорости. 5.2.3. Совместное измерение запаздывания и доплеровского сдвига 5.4. Измерение угловых координат .. 5.4.1. Многоканальные измерители угловых координат 5.4.2. Одноканальные измерители угловых координат б.

ОСНОВЫ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.. 6.1. Общие сведения. 6.1.1. Основные понятия и история вопроса . 6.1.2. Основные операции вторичной обработки,.............,............ 6.2. Модели целевой и помеховой обстановки,. 6.2.1. Модели движения целей. 6.2.2. Модели отсчетов .. 6.3. Оценка траекгорнъ~х параметров по фиксированной выборке.

Экстраполяция траекторных параметров 6.4. Рекуррентная оценка траекторнъ~х параметров ............................. 6.4.1. Основные соотношения калмановской фильтрации............ 6.4.2. Стационарнъ~й режим калмановского фильтра,................... 6.4.3.

Состоятельность калмановского фильтра............. 6.4.4. (а-~)-фильтрьь. 6.4.5. Расширенный фильтр Калмана .. 6.5. Селекция отсчетов .. 6.5.1. Селекция отсчетов методом стробирования......................... 6.5.2. Алгоритм селекции отсчетов по минимальному отклонению от центра строба .. 6.5.3. Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов к траекториям в многоцелевой ситуации.. 6.6, Обнаружение траекторий.. 6.6.1.

Общие положения .. 6.6.2. Вероятность ложного обнаружения траектории ............................. 6.6.3. Вероятность правильного обнаружения траектории ... 6.7. Завязка траекторий..................... Контрольные вопросы . 292 .... 301 .... 30! .... 306 .... 307 311 313 316 „.. 320 Оглавление 7. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ 341 СИСТЕМАХ 341 7.1. Принципы построения радиолокационных систем 7.1,1, Задачи н условия функционирования радиолокационных систем ... 341 '1.1.2. Принципы получения радиолокационной информации и построения радиолокационных систем .....,......,.....,,.......,..

7.2. Классификация ралиолокацнонных систем .. ... 344 349 351 7.3.1, Тактические характеристики РЛС 7,3.2. Технические характеристики РЛС 353 7.4. Обобщенная структурная схема радиолокационных систем 357 7.4,1. Основные системы для получения радиолокационной информации 7.4.2. Дополнительные системы . 7.5. Формирование отраженного радиолокационного сигнала ........................... 7.5.1.

Вторичное излучение электромагнитных волн. Эффективная площадь рассеяния целей .. 7.5.2. Эффективная площадь рассеяния при различных соотношениях размеров цели и длины волны 7.5.3. Характер вторичного излучения и эффективная площадь рассеяния радиолокационных целей.. 7.5.4. Формирование отраженного радиолокационного сигнала для различных моделей целей.