Баев А.Б. Идентификация объектов сверхширокополосной радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка (1015813)

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

Текст из файла

На правах рукописи БАЕВ АНДРЕЙ БОРИСОВИЧ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КУМУЛЯНТОВ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА Специальность 05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2002 Работа выполнена на кафедре теоретической радиотехники Московского авиационного института (государственного технического университета). Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ю.В. Кузнецов Официальные оппоненты: ОАО «Центральное конструкторское бюро «Алмаз» Ведущая организация: Защита диооартаиии ооотоитоя к 29» октября 2002 г.

в 14 чаоов на заседании диссертационного совета Д 212.125.03 в Московском авиаци- онном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-З, Волоколамское шоссе, 4. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ. Автореферат разослан «» 2002 года. М.И. Сычев Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125.03, к.т.н., доцент доктор технических наук, профессор А.Ю. Гринев кандидат технических наук, доцент Б.М. Вовшин ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Традиционные радиолокационные системы используют узкополосные сигналы, полоса частот которых составляет менее 10''0 от средней частоты диапазона. В результате отражения таких сигналов от радиолокационных объектов они изменяют свои параметры (задержку, доплеровский сдвиг, и т.д.), но практически сохраняют свою форму, поэтому можно проводить их оптимальную обработку в корреляторе или в согласованном фильтре.

Современная тенденция развития радиолокационных систем распознавания объектов заключается в расширении полосы частот в спектре зондирующих сигналов. Расширение полосы используемых частот позволяет получить дополнительную информацию о цели, что улучшает качество идентификации радиолокационных объектов. В сверхширокополосной (СШП) радиолокации используются зондирующие сигналы с длительностью порядка единиц наносекунд. При этом полоса частот этих сигналов составляет сотни мегагерц и перекрывает резонансную область физических объектов с характерными размерами от долей до десятков метров. Под резонансной областью понимается диапазон частот, соответствующий геометрическим размерам и форме объектов, рассматриваемых в качестве рассеивателей электромагнитной энергии. Рассеяние радиолокационных объектов в резонансной области частот также называется собственным электромагнитным излучением. Особый интерес вызывает применение результатов анализа собственных электромагнитных излучений для решения задачи идентификации радиолокационных объектов.

Открывается возможность распознавания летательных аппаратов, представляющих собой групповую цель и неразрешимых обычным способом, обнаружения объектов заданного типа и классификации объектов по параметрам, связанным непосредственно с типом объекта. При этом необходимо организовать обработку откликов радиолокационных объектов на сверхширокополосные зондирующие сигналы таким образом, чтобы с максимальной точностью оценить параметры полезного сигнала на фоне шумов и помех. Основными преимуществами применения сверхширокополосных сигналов в радиолокации являются возможность их проникновения в различные среды, более низкая вероятность перехвата радиолокационных сигналов противником по сравнению с узкополосными сигналами, а также большая информативность, т.е. наличие информационных параметров, позволяющих классифицировать цели по большему числу признаков.

Сверх- широкополосная радиолокация является одним из перспективных направлений развития радиосистем в условиях радиоэлектронной войны. При формировании модели рассеяния электромагнитного поля объектами СШП радиолокации делается допущение о линейности этого процесса, что чаще всего выполняется на практике. Согласно принятому допущению поздневременную часть отклика радиолокационного объекта на зондирующий сигнал можно представить в виде произведения передаточной функции объекта и преобразования Лапласа от возбуждающего воздействия. Метод сингулярных разложений, предложенный Баумом, позволяет оценить передаточную функцию (ПФ) радиолокационного объекта в форме преобразования Лапласа.

ПФ состоит из двух слагаемых: целой функции, описывающей ранневременную компоненту отклика радиолокационного объекта, и рациональной функции, определяющей поздневременную компоненту сигнала. Таким образом, поздневременная часть передаточной функции объекта может быть описана его комплексными резонансами (полюсами~ и нулями, причем положение полюсов практически инвариантно по отношению к ракурсу объекта, что дает возможность использовать их в качестве параметров идентификации.

Одним из способов повышения точности оценки параметров собственных электромагнитных излучений объектов СШП радиолокации при высоком уровне шума является использование статистик высокого порядка, являющихся областью цифрового спектрального анализа, которая в последнее время интенсивно развивается. Методы на основе статистик высокого порядка эффективно применяются во многих областях науки и техники: телекоммуникации, радиолокации, геофизике, обработке изображений и речи, медицине, физике плазмы и других.

Традиционные методы подавления шумов и помех в откликах радиолокационных объектов основываются на использовании статистик второго порядка (автокорреляционной функции и спектральной плотности мощности), которые статистически полностью описывают только гауссовские процессы. На практике часто встречаются ситуации, когда необходимо иметь информацию, которая заключена в статистиках высокого порядка, например, для извлечения фазовой информации, установления отличия от гауссовского распределения, наличия нелинейностей.

Использование кумулянтов высокого порядка при обработке сигналов СШП радиолокации может привести к значительному подавлению гауссовского шума, присутствующего в данных, поскольку для гауссовских процессов кумулянты выше второго порядка равны нулю. Это может позволить значительно увеличить точность оценки параметров резонансных моделей радиолокационных объектов при малых отношениях сигнал/шум, а значит, и увеличить достоверность идентификации. Таким образом, задача идентификации объектов сверхширокополосной радиолокации (самолетов, танков, ракет, мин и др.) по их собственным резонансным электромагнитным излучениям с использованием кумулянтов высокого порядка является актуальной.

Целью работы является разработка и исследование помехоустойчивого алгоритма идентификации объектов сверхширокополосной радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка на основе формирования сигнатур целей, а также выработка рекомендаций по его практическому применению. Для достижения поставленной цели в работе реи~ены следующие основные задачи: 1. Разработана и исследована модель собственных электромагнитных излучений объектов СШП радиолокации, описываемых расположением особых точек (полюсов) на комплексной плоскости.

2. Определена потенциальная точность оценки информационных параметров резонансной модели объектов СШП радиолокации по критерию максимума функционала правдоподобия, позволившая оценить границу Рао-Крамера при выбранных параметрах модели. 3. Разработаны и исследованы методы оценки параметров модели собственных электромагнитных излучений объектов СШП радиолокации с использованием кумулянтов до четвертого порядка включительно, обеспечивающие точность, близкую к максимально возможной величине при малых отношениях сигнал/шум. 4.

На основе статистического моделирования и экспериментальных исследований показана более высокая эффективность разработанных методов цифровой обработки сигналов СШП радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка по сравнению с традиционной корреляционной обработкой. 5. Разработан алгоритм идентификации объектов СШП радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка, основанный на формировании сигнатур целей по их полюсам, а также предложен технический облик системы идентификации радиолокационных объектов.

Методы исследований основываются на использовании теории вероятностей, статистик высокого порядка, линейной алгебры и теории матричных преобразований, математического анализа, цифрового спектрального анализа и его приложений, методов анализа линейных радиоустройств, методов математического и статистического моделирования, а также теоретических основ статистической радиотехники. Научная новизна: 1. Обоснована и разработана гибкая математическая модель собственных излучений объектов с учетом воздействия белого гауссовского шума, основанная на методе сингулярных разложений. 2.

Проведено сравнительное исследование методов оценки параметров резонансной модели объектов СШП радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка и выявлен наилучший из них. 3. Предложен новый, основанный на резонансных свойствах объектов, алгоритм формирования сигнатур целей СШП радиолокации, позволяющий производить их идентификацию при малом отношении сигнал/шум с использованием кумулянтов четвертого порядка. Практическая значимость результатов работы состоит в том, что они позволили приступить к разработке технического облика системы идентификации объектов сверхширокополосной радиолокации с использованием кумулянтов высокого порядка и сформулировать основные тактико-технические требования к ней. Экспериментально обоснована возможность создания устройства идентификации объектов СШП радиолокации с использованием их резонансного излучения.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации