Автореферат (1091291), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При К=20 доверительныйинтервал ошибки уменьшается почти в два раза по сравнению с К=5 и приη > 20 дБ не превосходит 10%. Полученные в данном разделе результатыпозволяют обосновать требования к ошибкам оценивания ШДСС в заданномдиапазоне параметров МО и при реализуемом значении К.Рисунок 6Четвертый раздел диссертации посвящен вопросам реализациипредложенных алгоритмов оценивания первых трех моментов спектровМПФ МО и результатам их экспериментальной проверки в натурныхусловиях. Помимо моделирования проверка эффективности разработанныхалгоритмов осуществлялась на аппаратуре первичной обработки информациив составе опытных и серийных образцов первых отечественных ДМРЛ(«ДМРЛ-С», «ДМРЛ-10»).
Структурная схема аппаратно-программногокомплекса реализации алгоритмов показана на рис.7.Основными элементами этой схемы являются блоки оценки первогоρ(Т) и второго ρ(2Т) КК (БОКК) и блоки вычисления мощности (БОМ). Вблоках усреднения (БУ) осуществлялось накопление оценок по азимуту.
Блокоценки СРС (БОС) и блок оценки ШДСС (БОШС) реализовалисоответствующие алгоритмы, предложенные в разделах 2 и 3.Блокиоценкиэнергетическиххарактеристик(БОЭХ)иполяризационных продуктов (БОПП) производили пересчет ОСШ кметеорологическим отражаемостям. Прием входных сигналов осуществлялсяс выхода фильтра сжатия сложного сигнала (СФКМ), а выдача оценок16отражаемости, СРС и ШДСС – на вход системы вторичной обработкиметеоинформации (ВОИ).Рисунок 7В соответствии с потребным объемом вычислений в реальном временидля реализации алгоритмов оценивания моментов спектров использоваласьпроцессорная плата Kontron CP6002. В комплексе с этой одноплатной ЭВМдляпервичнойобработкиприменяласьвысокопроизводительнаяпроцессорная плата ADP201cP5.Таким образом, все предложенные алгоритмы были реализованы насуществующей цифровой элементной базе и работали в реальном времени.Большинство экспериментальных исследований проводились в составеизделия «ДМРЛ-С» со следующими основными характеристиками:• Обзора пространства коническими сечениям по азимуту и дискретнымподъемом антенны по углу места (цикл обзора менее 10 минут);• Максимальный радиус обзора: 250км (низкая частота повторенияимпульсов), 125км (высокая частота повторения импульсов)• Вид зондирующего сигнала: простой моно-сигнал τ=0.8мкс и СФКМсигнал с низким УБЛ <-70дБ, длительностью τ=10, 25 и 60мкс и полосойΔf = 1.25МГц.• Ширина луча в двух плоскостях 0.95°х0.95°Указанные параметры существенно влияли на конкретную реализациюалгоритмов оценивания в изделии.Рисунок 817С учетом работы на двух поляризациях первичная обработка эхосигналов осуществлялась параллельно на выходе 4-х приемников.
Примерывизуализации получаемых параметров на дисплее изделия в коническихсечениях показаны на рис.8.При проведении экспериментальных исследований алгоритмов оценкиинтенсивности МО использовались различные объемы обучающей выборки5 < K < 10. При этом было выявлено, что средний КК эхо-сигналов навысокой и низкой частотах повторения составлял ρв=0.86 и ρн=0.75соответственно. Согласно теоретически обоснованным данным работывероятность непревышения ошибки оценки интенсивности +-1дБ вэксперименте составила:• На высокой частоте повторения p=0.89 (К=5) и 0.97 (К=10)• На низкой частоте повторения р=0.81 (К=5) и 0.89 (К=10)Эти данные получены для стационарных МО, протяженностью более5км.
Эксперименты, связанные с оценкой СРС МО, проводились только навысокой частоте повторения в режиме 2-х кратной вобуляции: Т1=1мс,Т2=1.2мс. В качестве основного способа оценивания использовалсяобоснованный в диссертации метод модифицированных разностей на основеусреднения частных значений КК смежных «чередующихся» интерваловповторения. Пример экспериментальной карты СРС на постоянной высотеН=5км показан на рис.9 а) Здесь Vr ≤ 50м/с. В отличие от ситуации соценкой отражаемости, корректность метода оценки СРС проверяласьпрямым экспериментом.
Известно, что для МО зависимость СРС отазимутального направления Vr = f (ϕ ) имеет вид синусоиды. На рис.9 б)показана такая экспериментальная зависимость, для которой СКО ошибкиσ V < 0.3 м/с, что свидетельствует о высокой точности предлагаемогоалгоритма.rРисунок 9Экспериментальные оценки ШДСС проводились на основе алгоритмов,теоретически рассмотренных в 3-м разделе диссертации. Для оценки частныхзначений КК использовались оценки Берга и Итакуры-Саито, которые при5 < K < 10 дали близкие результаты. В качестве примера на рис.9 в) показанакарта распределения ЩДСС на высоте Н=5км. Измеренные значения восновном лежат в пределах 3м/с < ∆Ŵ < 5 м/с.
Некоторое расширение18спектра на краях облачности до ∆Ŵ = 6-7 м/с объясняется тем, что прималых интенсивностях отражений существенное влияние оказываютсобственные шумы приемника.Результаты экспериментов в части оценки ШДСС в основномподтвердили теоретические выводы работы. При К=5 смещение оценококазывалось несущественным, а СКО ошибок уменьшался по мереувеличения интенсивности МО.Таким образом, результаты натурных экспериментальных работ вцелом подтвердили обоснованность применения предложенных алгоритмов вконкретных условиях и их реализуемость на современной цифровойэлементной базе. По результатам проведенных испытаний и экспериментов вразличных условиях АПК цифровой первичной обработки внедрен всерийное производство.
В нем использовалось ПО, реализующее алгоритмыоценивания, предложенные и исследованные в данной диссертационнойработе.Основные результаты работы.1. В условиях ограниченного объема анализируемых данных полученыколичественные статистические характеристики случайных ошибокоценивания первых трех моментов спектров МПФ МО в широком диапазонепараметров: отношения сигнал/шум, коэффициента корреляции и объемаобучающей выборки.2. Сравнительные исследования точностных характеристик оцениванияпроведены для известных и предложенных в работе алгоритмов с учетомвозможностей их практической реализации на существующей элементнойбазе.3.
Показано, что точность оценок отражаемости МО снижается по мерероста интенсивности МО, но улучшается с ростом КК и объема обучающейвыборки. Например, при размере пачки М=27, ρ=0 и ОСШ = 10дБвероятность попадания ошибки оценивания в интервал ±1дБ для объемаобучающей выборки К=1 составляет 0.55, а для К=5 равна 0.91.4. Основным источником помех, искажающим оценки интенсивностиМО, являются отражения от «запредельных» МО.
Для их компенсации вработе предложены и исследованы следующие методы:• Применение сложных ортогональных сигналов в смежных интервалахзондирования, что позволяет снизить уровень помехового сигнала вбазу сигнала раз;• Кодирование начальных фаз импульсов накапливаемой пачки,обеспечивает компенсацию помехи, пропорциональную размеру пачки• Показано, что в условиях отсутствия перекрытия отражений от«однозначных» и «запредельных» МО можно использоватьразработанные критерийные методы, позволяющие корректноопределить истинные координаты «запредельных» МО.5. Показано, что для практически важных случаев малых значений ККи объемов обучающей выборки предложенный в диссертации метод19вычисления СРС МО на основе среднего по пачке КК обеспечивает болеевысокую точность оценивания по сравнению с известным методомнакопления оценок скорости по частным КК.
Например, при К=5 и ρ=0.790% доверительный интервал предложенной оценки на 20% уже, чемизвестный.6. Для расширения диапазона однозначности оценивания СРСпредложена модификация известного МПИ, основанная на вобуляцииинтервалов зондирования. Показано, что с увеличением диапазонаоднозначности оценивания СРС, увеличивается 90% доверительныйинтервал ошибок.7. Результаты статистического анализа модифицированного МПИпоказал, что в сопоставимых условиях «череспериодная» вобуляцияобеспечивает более узкий доверительный интервал по сравнению с«попачечной» (при М=26 и ∆Vr одн = 37 м/с они различаются в 3 раза).8. Для оценивания ШДСС гауссовых спектров отражений МО посовокупности статистических характеристик и удобству реализациирекомендован метод, основанный на оценке Берга по одному КК,позволяющий при любой точности оценивания КК получить физическиосмысленный результат.9.
Разработанные и исследованные в диссертации методы и алгоритмыоцениваниямоментовдоплеровскихспектровМОпрошлиэкспериментальную проверку в натурных условиях, в том числе припроведении государственных испытаний «ДМРЛ-С» и подтвердилитеоретически обоснованные в работе точностные характеристики.Список публикаций по теме диссертации:1. Д.И. Леховицкий, Д.С. Рачков, А.В. Семеняка, Д.В. Атаманский,А.А. Пушков Оценка ширины доплеровского спектра скоростейметеообразований в когерентных импульсных МРЛ с произвольнымиинтервалами зондирования // Успехи современной радиоэлектроники.
–2012. - №8. - с. 47-682. Д.И. Леховицкий, Д.С. Рачков, А.В. Семеняка, Д.В. Атаманский,А.А. Пушков Модифицированный метод парных импульсов длякогерентных импульсных МРЛ с произвольными интерваламизондирования//Успехисовременнойрадиоэлектроники.–2012. - №3. - с. 25-453. U.Laurukevich, A.Pushkov, B.Vovshin, I.Vylegzhanin The results of field testsof Russian meteorological Radar «DMRL-C» // Сб.
научных трудов 4-гоМеждународного радиоэлектронного форума «МРФ-2011». - 2011. - т.1.ч.1. - с.7-12.4. V. Efremov, V. Laurukevich, A. Pushkov, R. Sedletsky, B. Vovshin,I. Vylegzhanin The theory and practice of application pseudo random signals inDopplers meteoradars. // Proceedings of «IRS-2011». - 2011. - с. 256-260.5. D. Lekhovytskiy, D. Rachkov, A. Semeniaka, U.
Laurukevich, A. PushkovStatistical analysis of estimation accuracy of the meteorological formations20parameters in pulsed Doppler weather radars with arbitrary staggering of pulserepetition intervals. // Proceedings of «IRS-2011». - 2011. - с. 273-278.6. U. Laurukevich, A. Pushkov, I.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
