Диссертация (1091292)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Московский технологический университет»МИРЭАНа правах рукописиПУШКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧСТАТИСТИЧЕСКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИДОПЛЕРОВСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТРАЖЕНИЙ ОТМЕТЕООБЪЕКТОВ ПРИ ИХ ИМПУЛЬСНОМ ЗОНДИРОВАНИИСпециальность 01.04.03 – РадиофизикаДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Вовшин Борис Михайлович, д.т.н., проф.Москва – 20162ОглавлениеОглавление ............................................................................................................... 2Введение ...................................................................................................................
5Глава 1. Статистический анализ оценок интенсивности МО в условиях помех................................................................................................................................. 171.1 Методика анализа статистических ошибок оценок интенсивностиМО ..................................................................................................................
171.2 Анализ результатов расчетов и моделирования .................................. 211.3 Статистический подход к различению сигналов, приходящих с«однозначных» и «неоднозначных» дальностей ....................................... 261.4 Методы компенсации эхо-сигналов «запредельных» дальностей приоценке интенсивности МО ...........................................................................
311.4.1 Кодирование одиночных импульсов.................................................. 311.4.2 Кодирование пачечных сигналов ....................................................... 351.4.3 Критерийные методы в условиях «неперекрытия» эхо-сигналов с«однозначных» и «неоднозначных» дальностей и их экспериментальнаяпроверка ......................................................................................................... 391.5 Выводы ..................................................................................................... 42Глава 2.
Статистический анализ оценок СРС МО и способы обеспечения иходнозначности ....................................................................................................... 442.1. Обоснование методикисравненияоценок СРС на основематематической модели отражений от МО ................................................ 442.2 Анализ факторов, влияющих на однозначность оценок скорости МОпри постоянных интервалах зондирования ................................................
482.2.1 Анализ причин возникновения неоднозначности МО ..................... 482.2.2 Связь эффекта ''неоднозначности'' с точностью оценки СРС МО .. 5132.2.3 Повышение точности измерений СРС МО при «междупериодном»и «внутрипериодном» накоплении оценок ............................................... 522.3. Методы расширения однозначного интервала оценки СРС МОметодом модифицированных разностей ..................................................... 562.4. Влияние ошибок измерения скорости на диапазон однозначности ееизмерения методом модифицированных разностей.................................. 582.5.
Влияние кратности вобуляции на уровень боковых лепестковспектра пачек ................................................................................................. 612.6. Рекомендации по применению алгоритма модифицированныхразностей МПИ.............................................................................................. 642.7.
Выводы .................................................................................................... 66Глава 3. Статистический анализ и оптимизация алгоритма оценки ШДСС МОна основе модифицированного МПИ.................................................................. 693.1 Основные принципы и базовые алгоритмы оценок шириныдоплеровского спектра скоростей ............................................................... 693.2 Разновидности оценок коэффициентов корреляции и ширины ДСС,Методика их сравнения ................................................................................ 733.3 Статистический анализ оценок коэффициентов корреляции припостоянных интервалах зондирования ....................................................... 773.4 Сравнительный анализ статистических характеристик оценок ШДСС.........................................................................................................................
803.4.1 Анализ ошибок оценки ШДСС при постоянных интервалахзондирования (точные результаты) ............................................................. 803.4.2 Анализ ошибок оценки ШДСС при постоянных интервалахзондирования(результаты моделирования) ................................................ 813.4.3 Результаты теоретического анализа и моделирования по оценкеШДСС .............................................................................................................
8443.5 Особенности оценивания ШДСС при переменных интервалахзондирования ................................................................................................. 853.6 Особенности оценивания ШДСС негауссовой формы ....................... 883.7 Выводы .....................................................................................................
91Глава 4. Реализация алгоритмов и результаты их экспериментальныхисследований ......................................................................................................... 934.1Описаниеаппаратно-программногокомплексареализацииалгоритмов оценивания спектральных характеристик МО ...................... 934.2Результатыэкспериментальныхисследованийпредлагаемыхалгоритмов оценивания энергетических и доплеровских характеристикМО ..................................................................................................................
964.2.1Условия проведения экспериментов ................................................... 964.2.2 Результаты экспериментальной оценки отражаемости МО .......... 1004.2.3 Результаты экспериментальной оценки средней радиальнойскорости МО ................................................................................................ 1024.2.4 Результаты экспериментальной оценки ширины доплеровскогоспектра МО ..................................................................................................
1044.3Перспективныенаправлениямодернизацииалгоритмовиаппаратуры первичной обработки сигналов ............................................ 1054.4. Выводы .................................................................................................. 107Заключение .......................................................................................................... 109Список сокращений ............................................................................................ 111Список литературы ............................................................................................. 1135ВведениеПолучениедостоверныхметеорологическихпрогнозовявляетсяважной государственной задачей, имеющей большое значение во многихотраслях хозяйственной деятельности России, в том числе при обеспечениибезопасности полетов авиации.
Этот факт отражен в двух Федеральныхцелевых правительственных программах: «Создание и развитие системымониторинга геофизической обстановки над территорией РФ на 2008-2015гг»и «Модернизация ЕС ОРВД РФ (2009-2015гг)». Одним из базовыхнаправленийэтихпрограммявляетсясозданиеновогопоколенияотечественных метеорологических доплеровских 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 [1-4].
При этом,радиолокационныйпринципполученияэтиххарактеристиктребуетоптимизации алгоритмов первичной обработки сигналов, существенноотличающихся от принципов и методов традиционной радиолокацииточечных объектов.Во-первых, в рассматриваемом случае объект локации являетсяпротяженным, а его отражения случайными процессами (СП). Во-вторых,здесь не ставится задача обнаружения в классическом понимании. Онасводится к комплексной задаче обнаружения – статистического оценивания«спектров флюктуаций МО» на фоне шумов и помех различного физическогопроисхождения (местные предметы, переотражения от рельефа местности,индустриальные помехи и т.д.). Кроме того, сам импульсный принципрадиолокации приводит к неоднозначности входных данных, связанной с6известной неопределенностью в выборе интервалов (периодов) зондированиядля получения однозначных оценок дальности и скорости [5; 6].Известные методы оценки энергетических (отражаемости) и основныхдоплеровских характеристик МО базируются на широко распространенном,так называемом, методе парных импульсов (МПИ) [7-15].
Целью МПИявляетсяоценкатрехпервыхмоментовспектровмеждупериодныхфлюктуаций (МПФ) МО: нулевого, определяющего среднюю мощностьотражений; первого, определяющего среднюю радиальную скорость (СРС)движения МО; второго, определяющего ширину доплеровского спектраскоростей (ШДСС) МО, характеризующего степень турбулентности МО.Из литературы [1-4; 15-17] известно, что моменты спектров МПФ,полученные на этапе первичной обработки сигналов, являются необходимойстатистикой для принятия решения о свойствах и характере метеоявлений,которые реализует система вторичной метеообработки. Вместе с тем следуетотметить, что применимость МПИ является достаточно ограниченной, вчастности, формой спектра (полагается гауссовой) и неоднозначностьюоценок при постоянном периоде зондирования. Кроме того, МПИ неисследовался в условиях воздействия помех, к которым в первую очередьследует отнести искажения, вызванные отражениями от МО, находящихся надальностях превышающих однозначную, а также при использованиисложных зондирующих сигналов (ЗС).
Точностные характеристики МПИ вразличных условиях случайных воздействий также мало исследованы, арекомендациипопрактическойреализацииэтогометоданосятполуэмпирический характер и касаются частных случаев. Поэтому, широкоераспространениеМПИвотносительнойпростотойметеорадарахреализации,можнообъяснитьдоступнойдажетольконанизкопроизводительных вычислительных средствах.В современных условиях бурного развития вычислительной техникизадача оценки указанных моментов спектров может быть решена более7современными методами статистической радиотехники, в том числе привоздействии помех различного физического происхождения.В связи с этим, в данной работе рассматриваются более точные, посравнению с традиционным МПИ, методы и алгоритмы однозначногостатистическогооцениванияпараметровМО,исследуютсявопросыпомехоустойчивости предлагаемых методов, законы распределения ошибокоценивания, а также определяются пути их практического внедрения всистемы первичной обработки сигналов первых отечественных ДМРЛ.
Этинаправления исследований вызваны насущными потребностями разработкипервыхотечественныхдиссертационнойметеорадиолокаторов.работы,посвященнойПоэтомукомплекснымтемаданнойисследованиямвозможностей повышения статистической достоверности оценок моментовспектров МО и разработке алгоритмов первичной обработки сигналов вДМРЛ, является актуальной и практически важной.Объектомрадиофизикиисследованияиявляютсяалгоритмы,статистическиеобеспечивающиеметодыоднозначные,помехоустойчивые оценки моментов спектров МО.Предметомисследованияявляетсясинтезисравнительныйстатистический 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:81.
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}
