Автореферат (Оценка времени задержки циклостационарных радиосигналов для локализации источников излучений), страница 2

Разработанные алгоритмы позволяют про-5водить селекцию циклостационарных сигналов с различающимися характерными циклическими частотами, селекцию периодических, циклостационарных и стационарных сигналов. Предложенная методикапостроения искусственной нейронной сети произвольной топологии наоснове адаптивных элементов позволяет выполнить синтез быстродействующих алгоритмов оценивания параметров сигналов с априорноизвестными аналитическими моделями.Реализация и внедрение результатов работы. Научные ипрактические результаты работы использованы в процессе выполнения научно-исследовательских работ, поддержанных:– грантом РФФИ №14-01-31399 мол_а «Синтез искусственных нейронных сетей на основе адаптивных элементов для моделированиясложных технических и экономических систем» (выполнен под руководством диссертанта),– грантом РФФИ №16-37-00395 мол_а «Формирование оценок местоположения целей в задачах многопозиционной пассивной радиолокации с использованием искусственных нейронных сетей максимального правдоподобия».– проектом в рамках базовой части госзадания Минобрнауки РФ№8.8502.2017/БЧ «Разработка методов анализа и оценки параметров циклостационарных процессов в информационных системах сосложной обработкой сигналов».Результаты работы внедрены в учебный процесс.Достоверность полученных результатов обуславливается корректностью исходных положений и преобразований, использованиемапробированного адекватного математического и статистического аппарата, компьютерных программ и логической обоснованностью выводов.

Полученные результаты многократно подтверждены экспериментальными исследованиями.Апробация результатов работы.Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные оценки на:зарубежных научных конференциях: XXXI-th General Assemblyand Scientific Symposium (URSI GASS) (г. Пекин, КНР, 2014); 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences(г. Санкт-Петербург, 2014); 17-th International Radar Symposium(г. Краков, Польша, 2016).отечественных научных и научно-технических конференциях: 10-я,11-я и 12-я международные конференции «Авиация и космонавтика»(г.

Москва, МАИ, 2011, 2012, 2013); 3-й и 4-й международные межотраслевые молодёжные научно-технические форумы «Молодёжь и бу-6дущее авиации и космонавтики» (г. Москва, МАИ, 2011, 2012); 14-я и19-я международные конференции «Цифровая обработка сигналов иеё применение» (г. Москва, ИПУ РАН 2012, 2017); 19-я международнаянаучно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2013); 70-я и 72я международные конференции «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий» (г.

Москва, МТУСИ,2015, 2017); 5-я, 9-я и 10-я конференции «Радиолокация и радиосвязь»(г. Москва 2011, 2015, 2016); научно-практическая конференция молодых учёных и студентов «Инновации в авиации и космонавтике»(г. Москва, МАИ, 2011, 2012, 2013, 2014); 4-ая научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО» (г. Москва, 2013); научно-техническаяконференция молодых ученых и специалистов по тематике «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО», посвященная 80-летиюсо дня рождения А. А. Леманского (г.

Москва, 2015); 42-я и 43-я международные молодёжные научные конференции «Гагаринские чтения»(г. Москва, МАИ, 2016, 2017).Публикации. По основным результатам выполненных исследований опубликовано 33 работы: 8 статей опубликовано в рецензируемыхжурналах и изданиях рекомендованных ВАК; 3 доклада в сборникахтрудов зарубежных научных конференций, входящих в список изданий, цитируемых Web of Science и Scopus; 20 докладов на отечественных научных конференциях; получены 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.Основные положения, выносимые на защиту:1. Повышение точности определения параметров циклостационарныхсигналов достигнуто за счет применения модели и методов обработки в спектральной области, рассматривающих сигналы в качествециклостационарных случайных процессов, по сравнению с моделями, рассматривающими сигналы в качестве стационарных случайных процессов.2.

Возможна селекция сигнала с заданной циклической частотой нафоне шума и помех, при условии отсутствия у последних циклостационарных свойств на этой частоте.3. Увеличение точности оценки задержки сигнала в 4–6 раз в присутствии белого гауссовского шума достигнуто за счет учета циклостационарных свойств сигнала.4. Применение искусственных нейронных сетей для получения единичной оценки параметров модели для аппроксимирующего оценивателя по методу максимального правдоподобия позволяет снизить7требования к вычислительным ресурсам до 10 раз при увеличенииСКО не более чем на 10%.Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 172 машинописных страницах и состоит из введения, пяти глав,заключения, списка литературы и одного приложения.

Иллюстративный материал представлен в виде 72 рисунков и 9 таблиц. Списоклитературы включает 101 наименование.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность решения задачи оцениваниязаданных информационных параметров сигналов, обладающих циклостационарными (ЦС) свойствами с использованием ЦОС во временной и частотной области, применения аппарата ИНС; сформулированыцель и задачи исследований, представлена научная новизна и практическая значимость работы, раскрыта структура диссертации.В первой главе выполнен обзор литературы по материалам отечественных и зарубежных источников в области применения методовЦОС с целью повышение точности оценивания информационных параметров радиотехнических сигналов.

В главе рассмотрены моделии методы, рассматривающие сигналы в качестве реализаций ЦС СП;теория циклостационарности. Рассмотрена задача оценки местоположения пассивных источников радиоизлучения на основе анализа сигналов, наблюдаемых в пространственно-разнесенных точках приемаантенной системы. Рассмотрены особенности описания сигналов, наблюдения сигналов в присутствии помех и шума, формирования оценки задержки приходов сигнала с целью дальнейшего решения задачи оценки местоположения.

В главе рассмотрена теория нейросетевойобработки информации, топологии ИНС и возможности примененияИНС в радиотехнических системах.В второй главе приведено теоретическое описание ЦС СП и выполнена задача синтеза моделей сигналов, являющихся реализациями ЦС СП. Показано, что использование циклических спектральных плотностей мощности (ЦСПМ) — двухчастотных (биспектральных) характеристик, заданных в форме двумерных функций, зависящих от линейной частоты и циклической частоты , — позволяеткомпактно и наглядно отобразить свойства ЦС сигналов.

Приведенотеоретическое описание ЦС свойств радиосигналов с амплитудной иамплитудно-импульсной модуляциями. Выведены характеристики длясобственных и взаимных спектральных циклических характеристик(ЦХ) радиосигналов на несущей частоте, равной удвоенной центральной частоте, представленных квадратурными компонентами; предложены структурные схемы устройств для оценки собственных и взаим8ных спектральных характеристик радиосигналов на заданной циклической частоте.В третьей главе дано теоретическое описание методов оценкиЦСПМ сигнала на основе процедур усреднения во временной областипри обработке конечных последовательностей отсчётов, получаемыхс частотой дискретизации .

Показан периодический характер таких ЦСПМ, подробно рассмотрена область основного носителя ЦСПМ,геометрически представляющего собой ромб на двухчастотной области, заданный уравнением || + 2| | ≤ . Представлено расположениеэлементов разрешения оценки ЦСПМ на биспектральной плоскости,определены эффективные полосы, занимаемые элементами разрешения в областях частоты и циклической частоты.

Разработано два алгоритма оценки собственных и взаимных ЦСПМ: алгоритм 2 -БПФ иблочный алгоритм усреднения циклических периодограмм (БАУЦП).Алгоритм 2 -БФП состоит в формировании оценки ЦСПМ на основе разбиения наблюдаемой реализации во временной области на перекрывающихся в общем∑︀случае интервалов длительности от−1*1счетов каждый: SM = =0 XL() ∘ XR (), где SM — матрица, элементы которой представляют собой отсчёты ЦСПМ, соответствующие точкам равномерной сетки на двухчастотной плоскости сшагами и по частоте и циклической частоте соответственно,XR() и XL() — циркулянтная и антициркулянтная матрицы размером 2 ×2 каждая, вычисленные для текущих спектров фрагментовсигнала x[], — количество отсчетов сигнала, знаком ∘ обозначенаоперация поэлементного умножения матриц (произведения по Адамару). Для исключения пропусков по оси циклической частоты шаг почастоте выбирается следующим образом:∆1===,(1) =2222где ∆ — ширина элемента разрешения по циклической частоте, —интервал наблюдения сигнала.

Ключевое отличием 2 -БПФ от описанных в литературе методов на основе БПФ состоит в том, что необходимая для полного покрытия двухчастотной плоскости плотностьузлов сетки достигается интерполяцией спектра: увеличением числаего отсчётов до удвоенного числа (2 ) отсчётов, содержащихся в полной реализации сигнала.С целью преодоления недостатка 2 -БФП, состоящего в увеличении размерности результирующей матрицы SM с ростом количества анализируемых отсчетов , был разработан БАУЦП.