Автореферат (1091291)
Текст из файла
На правах рукописиПУШКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧСТАТИСТИЧЕСКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИДОПЛЕРОВСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТРАЖЕНИЙ ОТМЕТЕООБЪЕКТОВ ПРИ ИХ ИМПУЛЬСНОМ ЗОНДИРОВАНИИСпециальность 01.04.03 – РадиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена на кафедре теоретической радиотехники и радиофизикиИнститута радиотехнических и телекоммуникационных систем федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Московский технологический университет» (МИРЭА)Научный руководительд.т.н. c.н.c. Вовшин Борис МихайловичОфициальные оппоненты:д. ф.-м.
н. проф. Кутуза Борис Георгиевич,начальникотделаФГБУН«Институтрадиотехникииэлектроникиим. В.А. Котельникова РАН», г. Москвак.т.н. Жуков Владимир Юрьевичс.н.с. ФГКВОУ «Военно-космическая академияимениА.Ф. Можайского»Министерстваобороны Российской Федерации, г. СанктПетербургВедущая организацияАО«Научно-исследовательскийинститутприборостроения имени В.В. Тихомирова»,г.
ЖуковскийЗащита состоится «30» сентября 2016 г. в 13-00 на заседаниидиссертационного совета Д 212.131.01 при ФГБОУ ВО «Московскийтехнологический университет» (МИРЭА) по адресу: 119454, г. Москва,просп. Вернадского, д. 78, ауд. Д-117С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА и на сайте:https://www.mirea.ru/science-and-innovation/dissertation-tips/dissertationalcouncil-d-212-131-01/Автореферат разослан _________ 2016 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 212.131.01А.И.
Стариковский3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Получение достоверных метеорологическихпрогнозов является важной государственной задачей, имеющей большоезначение во многих отраслях хозяйственной деятельности России, в томчисле при обеспечении безопасности полетов авиации. Этот факт отражен вдвух Федеральных целевых правительственных программах: «Создание иразвитие системы мониторинга геофизической обстановки над территориейРФ на 2008-2015 гг.» и «Модернизация ЕС ОРВД РФ (2009-2015 гг.)». Однимиз базовых направлений этих программ является создание нового поколенияотечественных доплеровских метеорологических радиолокаторов (ДМРЛ), наоснове объединения информации которых образуется метеорологическаясеть России.Исходными данными для получения конечных метеорологическихпродуктов (карты явлений погоды, интенсивности осадков, верхней и нижнейграницы облачности и т.д.) являются энергетические и спектральныехарактеристики метеообразований (МО), которые извлекаются из параметровотраженных сигналов при их импульсном облучении радиоволнами.Получение этих характеристик требует оптимизации алгоритмов первичнойобработки сигналов, связанной со спецификой зондирования МО, которыеявляются протяженными, а их отражения случайными процессами (СП).Кроме того, в данном случае не ставится задача обнаружения в классическомпонимании.
Она сводится к комплексной задаче радиофизики: однозначногообнаружения – статистического оценивания параметров спектровмеждупериодных флюктуаций (МПФ) отражений от МО на фоне шумов ипомех. Эта задача решается в условиях ограниченного объема пачкиимпульсов, отраженных от МО, доступной для анализа. Это связано стиповыми требованиями к времени и способу обзора пространства,предъявляемые к ДМРЛ. За время, не превышающее 10 минут, необходимополучить не менее 25 конических сечений полусферы пространства наразных угломестных положениях антенны, с разрешением ~1° по азимуту и~125 м по дальности.
При этом спектральные характеристики должны бытьполучены в каждом элементе разрешения каждого сечения радиусом 250 кмза заданное время.Известно, что при дистанционном активном зондировании атмосферымоменты спектров МПФ являются необходимой статистикой для принятиярешения о свойствах и характере МО. Вместе с тем известны недостатки иограничения широко распространенного метода парных импульсов (МПИ),связанные с неоднозначностью получаемых оценок. Кроме того, МПИ неисследовался в условиях воздействия помех, к которым в первую очередьследует отнести искажения, вызванные отражениями от МО, находящихся надальностях превышающих однозначную. Точностные характеристики МПИ вразличных условиях случайных воздействий мало исследованы, арекомендации по их практической реализации носят полуэмпирическийхарактер и касаются частных случаев.4В связи с этим, в данной работе на основе статистических методовобосновываются и исследуются более точные по сравнению с традиционнымалгоритмы однозначного статистического оценивания параметров МО,рассматриваются вопросы помехоустойчивости предлагаемых методов,законы распределения ошибок оценивания, а также определяются пути ихпрактического внедрения в системы первичной обработки сигналов.
Этинаправления исследований в первую очередь вызваны насущнымипотребностями разработки первых отечественных ДМРЛ. Поэтому темаданной диссертационной работы, посвященной комплексным исследованиямвозможностей повышения статистической достоверности оценок моментовспектров МО и разработке алгоритмов первичной обработки сигналов вДМРЛ, является актуальной и практически важной.Объектомисследованияявляютсястатистическиеметодырадиофизикииалгоритмы,обеспечивающиеоднозначные,помехоустойчивые оценки моментов спектров МО.Предметом исследования является синтез и сравнительныйстатистический анализ алгоритмов систем первичной обработки сигналовДМРЛ, реализуемых на современной элементной базе в реальном масштабевремени.Целью диссертационной работы является повышение точности ирасширение диапазона однозначности оценок моментов спектров МПФ МО вусловиях помех при ограниченном объеме анализируемых данных всовременных и перспективных ДМРЛ.Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены ирешены следующие задачи:1.
Разработка авторегрессионной математической модели отражений от МО сразличными статистическими свойствами.2. Разработка методов, снижающих влияние отражений от «запредельных»МО на оценки моментов спектров МПФ МО.3. Теоретическиеиэкспериментальныеисследованияразличныхстатистических методов оценивания моментов спектров в зависимости отобъемаобучающейвыборки, интенсивности,видаи степенимеждупериодной корреляции пачечных сигналов, отраженных от МО.4. Определение законов (плотности и функции) распределения используемыхоценок интенсивности (отражаемости) МО, а также средней радиальнойскорости (СРС) и ширины доплеровского спектра скоростей (ШДСС) вусловиях вобуляции интервалов зондирования, введенной для устранениянеоднозначности оценок СРС.5.
Предложения по организации вычислительного процесса на основекомплекса рекомендуемых алгоритмов оценивания в системах первичнойобработки сигналов ДМРЛ.6. Проверка эффективности предложенного комплекса алгоритмовоценивания характеристик МО в натурных условиях на цифровой аппаратуререального времени.5Методы исследования. При решении поставленных в работе задачиспользовались методы статистической теории радиофизики, теорииоценивания характеристик случайных процессов (СП), теории системсигналов, а также методы моделирования и статистической обработкирезультатов натурных экспериментов.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1.
Впервые предложены и исследованы (теоретически и экспериментально)методы компенсации искажений оценок отражаемости МО на основеприменения ортогональных зондирующих сигналов (ЗС), кодированных поначальной фазе импульсов пачек и критерийной корреляционной обработки.2. Доказано, что оценка интенсивности сигналов, отраженных от МО,сформированная по среднему значению суммы квадратов модулей элементовК-мерной обучающей выборки из смежных элементов разрешения подальности для М-мерной пачки импульсов, имеет распределение Эрланга,вследствие чего, точность оценивания снижается по мере ростаинтенсивности МО, но улучшается с ростом коэффициента междупериоднойкорреляции.3. Для получения однозначных оценок СРС предложена модификация МПИ,обобщающая его на случай вобуляции интервалов зондирования, определенызависимости точности таких оценок от расстановки зондирующихимпульсов, а также предложен алгоритм извлечения информации о скоростипо оценкам усредненных частных коэффициентов корреляции (КК).4.
Впервые проведен сравнительный анализ методов оценки шириныэнергетических спектров МПФ МО унимодальной формы и доказано, что посовокупности критериев оценки по методу Берга, основанные на вычислениисреднего по пачке КК, предпочтительней других методов.Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:1. Полученные законы распределений ошибок оценивания первых трехмоментов энергетических спектров МПФ МО позволяют определитьвероятностные характеристики этих ошибок и сопоставить их с заданными.2. Разработанные методы устранения искажений и однозначного оцениванияспектров позволяют обосновывать структуры зондирующих сигналов иинтервалы их повторения при проектировании ДМРЛ.3.
Разработанное программное обеспечение, реализующее предложенные вработе алгоритмы оценивания, прошло государственные испытания в составепервых отечественных ДМРЛ и внедрены в их серийное производство.Реализация и внедрение результатов исследования.Результаты исследований и рекомендации, предложенные автором,внедрены и используются в следующих ОКР и НИР, проведенных АО «НПО«ЛЭМЗ»:1. ОКР «ДМРЛ-С» (2009-2011 гг.), ОКР «ДМРЛ-10» и ОКР «ДМРЛ-3» (20122015 гг.), выполненные по заказу Росгидромета РФ.2.
ОКР «Оха-ЛЭМЗ-2011» (2011-2012 гг.), выполненной по заказуМинистерства промышленности и торговли РФ.63. НИР «Технология МРЛ» (2013 г.), выполненной по заказу Министерствапромышленности и торговли РФ.Программное обеспечение, реализующее основные алгоритмы,предложенные в диссертационной работе, внедрены в 78 серийных образцовизделия «ДМРЛ-С» и опытные образцы «ДМРЛ-10», «ДМРЛ-3»,являющихся основой метеорологической сети РФ. Акты реализации ивнедрения прилагаются к диссертации.Достоверностьполученныхрезультатовопределяетсякорректностью постановки задачи, выбором статистических методов еерешения на основе апробированного математического аппарата ирезультатов математического моделирования.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
