Кузнецов Ю.В. Формирование признаков для распознавания целей в сверхширокополосной радиолокации (1015811), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Результаты диссертационной работы использованы в ряде научноисследовательских работ, проводимых в Межотраслевом НТЦ кРадинтех», Федеральном государственном унитарном предприятии кНаучнопроизводственное предприятие кГАММАэ, ОАО кКорпорация кФазотрон-НИИР» и Московском авиационном институте (государственном техническом университете) Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные оценки на Международных научно-технических конференциях к52-я международная научная сессия, посвященная Дню Радио», г Москва РНТО РЭС имени Попова А С (1997 г), кЦифровая обработка сигналов и ее применения», г Москва МЦНТИ (1999, 2002, 2003 гг ), 29-й, 30-й, 31- й и 33-й Европейских Микроволновых Конференциях, Мюнхен (1999 г ), Париж (2000 г ), Лондон (2001 г ), Мюнхен (2003 г ) 11 Международных научно-технических семинарах к4, 5, 6, 7 и 8-й научный обменный семинар Радиотехнические устройства СВЧ диапазона», г Москва МАИ (1996, 1999 и 2003 гг ), г Мюнхен МТП (1997, 2000 гг) 1-я Всероссийская научно-техническая конференция по проблемам создания перспективной авионики, г Москва кФазотрон-НИИР» (2002г ) Публикации. По теме диссертации общее число публикаций 47, в том числе тезисов докладов — 26, научных статьей — 11, 1 монография, 6 учебных пособий, 3 авторских свидетельств на изобретения Кроме того, результаты диссертации использованы в 25 отчетах о НИР Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 229 машинописных страницах и состоит из 7 глав, введения и заключения Иллюстративный материал представлен в виде 100 рисунков и 2 таблиц Список использованных источников включает 110 наименований СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель диссертации Представлен краткий обзор научных результатов, данные о научной новизне и практической значимости работы Дана характеристика работы по главам В первой главе проведен анализ методов расчета эффективной поверхности рассеяния радиолокационных целей в широкой полосе частот Под ЭПР понимается отношение квадратов амплитуд электрических составляющих падающего Е„и рассеянного целью стационарного гармонического электромагнитного поля Ер на частоте 7; измеренного в точке наблюдения на расстоянии Е от цели Если выполняется условие дальней зоны, то можно считать, что Š— ь э При изменении частоты 12 электромагнитного поля у' или облучении цели стационарным полем, обладающим энергетическим спектром Е„~Д, получим зависимость гг ЭПР от частоты Т Л (1) = 2) ст(~) ехр~~2тгЯф о (2) Что касается самой импульсной характеристики цели и,®, то однозначно определить ее по энергетическому спектру или автокорреляционной функции удается не всегда, поскольку процедура факторизации оЯТ~ требует введения некоторых предположений о характере поведения и свойствах оЯТ~ Тем не менее, поскольку выполняется равенство где к~л означает операцию свертки, в АКФ содержится полезная ин- формация об импульсной характеристике цели эффективная длитель- ность, скорость затухания огибающей, доминирующие частоты колеба- ний и т д где Е (У ) — энергетический спектр рассеянного поля, множитель 4яВ~ а вводится для компенсации затухания рассеянного поля Ер в дальней зоне Зависимость ЭПР от частоты в дальнейшем будем называть энергетической частотной характеристикой, или энергетическим спектром радиолокационной цели и обозначать через оЯТ~ Обратное преобразование Фурье от энергетического спектра дает автокорреляционную функцию (АКФ) импульсной характеристики цели 1З Временной метод расчета ЭПР заключается в решении уравнений Максвелла для граничных условий, определяемых материалом и геометрической формой объекта В частности предположим, что объект имеет абсолютно проводящую поверхность о Пусть он облучается не- стационарным электромагнитным импульсом (см рис Ц, электрическое поле которого на поверхности объекта описывается выражением е„(~, г', 1) = ~ е„(1) а 1 — = ~ е„1 —, (4) где Р, — вектор, определяющий поляризацию падающей волны, 1с — вектор единичной длины, определяющий направление распространения волны, г' — вектор, определяющий положение точки на объекте в системе координат, связанной с объектом, с — скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, е„(Г) — временная функция падающего электромагнитного импульса Важно отметить, что облучающий импульс не имеет несущей частоты и обладает достаточно короткой длительностью, т е является нестационарным сверхширокополосным сигналом т наблюдения ъект ее(Я, г, Г) Рис 1 Рассеяние электромагнитной волны объектом произвольной формы Падающее электромагнитное поле возбудит ток, плотность которого на поверхности объекта 1(Р, г', Г) Он формирует рассеянное электромагнитное поле, электрическая компонента которого в точке на- 14 блюдения г (см рис 1) ер(~, г, Г) определяется производной по времени векторного потенциала поля и градиентом скалярного потенциала Поведен анализ характеристик рассеяния проводящих тел простой геометрической формы шар, цилиндр, плоская прямоугольная поверхность В результате выявлены общие закономерности, которые можно использовать при распознавании объектов в СШП радиолокации Вся область частот, в которой рассматривается энергетический спектр радиолокационных объектов, может быть условно разбита на три части.

релеевская (низкие частоты), резонансная и оптическая (высокие частоты) Границы между областями условны, но они определяются максимальной протяженностью объекта в пространстве По положению резонансных максимумов в частотной характеристике и по форме импульсной характеристики можно приближенно оценить характерные размеры объекта С другой стороны, зная характерные размеры радиолокационного объекта, можно приближенно сформулировать требования к ширине спектра и длительности импульса, облучающего цель Так, например, для распознавания шара радиусом 1 м можно использовать гауссовский импульс длительностью порядка 10 нс и эффективной шириной спектра около 100 МГц Во второй главе рассмотрены модели рассеяния электромагнитных волн телами произвольной формы в широкой полосе частот Диапазон частот определяется соотношением максимального и минимального характерных размеров рассеивающей радиолокационной цели Весьма популярным и практически полезным с точки зрения распознавания целей подходом к описанию рассеянного объектом эхо-сигнала дает метод сингулярных разложений, сформулированный К Баумом в 1971 году Согласно методу сингулярных разложений отклик от радиолокационного объекта может быть разбит на две части ранневременную и поздневременную реакции Ранневременная часть содержит вынуж- 15 денную реакцию, зависящую от формы возбуждающего сигнала Протяженность ранневременной части реакции зависит от линейных размеров объекта и длительности зондирующего импульса Поздневременная часть реакции объекта содержит только собственные колебания, она определяется исключительно геометрической формой и размерами объекта, а также ракурсом цели Поскольку поздневременная часть реакции объекта является суммой затухающих гармонических колебаний, можно каждое из этих колебаний в частотной области представить в виде пары комплексно сопряженных полюсов Показано, что положение этих полюсов практически не зависит от ракурса цели, т е начальных условий возбуждения поля, рассеиваемого объектом Таким образом, взаимодействие возбуждающего поля с радиолокационным объектом может быть приближенно описано с помощью передаточной функции или импульсной характеристики объекта, описываемой полюсной или резонансной моделью Разделение общей реакции цели на две части и использование для моделирования только поздневременной части имеет существенный недостаток Он заключается в том, что основная энергия отклика сосредоточена в ранневременной части, а поздневременная реакция имеет относительно низкую энергию и потому подвержена серьезному влиянию шумов Вместе с тем собственные колебания существуют и в ранневременной части реакции цели Для использования этой части реакции при моделировании объекта передаточной функцией необходимо исключить вынужденную часть реакции Это можно сделать с помощью деления частотных характеристик общей реакции и воздействия в спектральной области или обращения свертки во временной области Операцию обращения свертки во временной области можно свести к операции обращения матрицы, причем обращаемая матрица содержит не только воздействие, но учитывает и влияние приемной, передающей 16 антенн и приемного тракта на общую реакцию радиолокационной цели Основной проблемой при проведении обращения матрицы данных является ее плохая обусловленность Для редуцирования ранга матрицы предложено воспользоваться спектральным критерием, требующим учета только тех составляющих, спектр которых сосредоточен в рабочей области частот измерительной системы Разработанная методика выделения импульсной характеристики из отклика объекта на короткий возбуждающий импульс продемонстрирована на примере определения импульсной характеристики прямоугольной микрополосковой антенны После выделения импульсной характеристики была проведена ее аппроксимация полюсной моделью, порядок которой определялся также с использованием разработанного спектрального критерия Результат аппроксимации не только близок к реальной импульсной характеристике, но и к измеренной частотной характеристике антенны, что подтверждает адекватность предложенной полюсной или резонансной модели радиолокационных целей Представлена резонансная модель рассеяния целей в сверхширокополосной радиолокации, которая использована в дальнейшем для оценки параметров этих объектов и решения задачи их распознавания Модель сигналов, рассеянных объектами в сверхширокополосной радиолокации можно представить в следующем виде К у[п]= х[п]+ зг[п]= ~Аье '"т' сов(2я у пТ + гв )+ зг[п], (5) , М вЂ” 1 — номера отсчетов сигнала у[и], М вЂ” число отсчетов глен=0,1, данных, К вЂ” число гармонических составляющих сигнала, и [и] — отсчеты шума, Ав сгь, Ть и гп,— значения амплитуд, коэффициентов затухания, частот и начальных фаз компонент сигнала соответственно, Т, — период дискретьпации Полюса гь и вычеты Ьь 17 Ь =А ехр(уу,) (б) з = ехр11а + 727г 1' 77;~, существуют комплексно-сопряженными парами, поскольку значения отсчетов сигнала,— действительные числа Отношение сигнал/шум в резонансной модели оценивалось по формуле.

Характеристики

Список файлов диссертации