Диссертация (1091292), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Для оценивания ширины гауссовых унимодальных спектров отражений отМО предложена методика сравнительного анализа различных способовоцениванияККмеждупериодныхфлюктуаций,базирующаясянаопределении плотностей и функций распределений их ошибок оценки. Наоснове КК получены аналогичные статистические характеристики оценокШДСС, включающие среднее значение и СКО случайных относительныхошибок, а также доверительные интервалы их разброса.2.

Для решения поставленной задачи проведен сравнительный статистическийанализ оценок модулей k-ых КК с известными плотностями распределенийошибок («стандартная» оценка и модифицированная по Бергу оценка) ичетырех оценок с неизвестными плотностями распределения ошибок(оценкаИтакуры-Саито,корреляционныхмоментовоценкаиБерга,оценкаоценкаусредненныхненормированныхкорреляционныхмоментов). Показано, что в зависимости от способа оценки КК для двухзначений k=1,2 возможны 15 вариантов оценки ШДСС, условно разбитыхна 5 групп (табл.3.1).3. На основе точных соотношений для двух первых видов оценок ККполученызависимостиплотностейифункцийраспределенияотносительных ошибок оценки первых двух КК, а также смещения и СКОэтих оценок от объема обучающей выборки К, ОСШ η, и истинныхзначений КК (T )и (2T ).

Аналогичные зависимости получены длячетырех других видов оценок методом математического моделирования.4. Для тех же условий, как и в п.3, получены такие же статистическиехарактеристики для всех 5 групп вариантов оценок ШДСС. Показано, чтовыбор способа оценки КК из шести рассматриваемых носит ситуационный92характер. Например, примодифицированного (T )  0 .9метода«стандартная» оценка, но при, η=20дБ и К=20 оценка ШДСС на основеБерга (T )  0 .6имеетменьшеесмещение,чемимеет место обратная ситуация. Втоже время соотношение дисперсий относительных ошибок может бытьпротивоположным соотношению дисперсий оценок КК.5. В результате моделирования показано, что оценки ШДСС по усредненнымзначениям КК (группы III, IV и V табл.3.1) имеют близкие к нулю медианыи по совокупности параметров превосходят оценки ШДСС, полученные поодному (первому/второму) КК (группы I, II табл.3.1), которые в условияхреально ограниченных значений К имеют медианы близкие к 1 (двойноезавышение ШДСС).

Проведенный анализ также показал преимуществаоценок ШДСС по одному КК по сравнению с оценками по двум КК, хотядоверительные интервалы ошибок близки. Однако при использованииоценок по двум КК (группы II и V табл.3.1) существует конечнаявероятность получить комплексное (физически бессмысленное) значениеШДСС.6. По совокупности статистических характеристик и удобству практическойреализации целесообразным способом оценки ШДСС МО является метод,основанный на оценке Берга по одному первому КК (IV.4.1 табл.3.1).

Этотвывод относится как к случаю одинаковых, так и переменных интерваловзондирования и соответствует практически важным ситуациям: К≤10,ρ(Т)≤0.8 при любых ОСШ.7.Рассмотрены особенности оценивания ШДСС, имеющих негауссовуформу. При этом получено, что для всех входных воздействий,описываемыхАР-процессамипорядкар≥5,ошибкаоцениваниявышеуказанными методами не превышает 20%.

Для АР-процессов с р<5(приближение к экспоненциальной форме спектра), что редко встречаетсяна практике, МПИ, даже в модифицированном виде, может привести кнедопустимым ошибкам оценивания ШДСС в сторону их расширения.93Глава 4. Реализация алгоритмов и результаты ихэкспериментальных исследований4.1 Описание аппаратно-программного комплекса реализации алгоритмовоценивания спектральных характеристик МОДля проверки эффективности предлагаемых алгоритмов оценки моментовдоплеровских спектров МО, помимо моделирования, был проведен циклэкспериментальных работ. Эти работы в основном проводились на опытномобразцепервогоотечественногоДМРЛ(«ДМРЛ-С»)внатурныхусловиях [28; 57; 58].

С этой целью был создан аппаратно-программныйкомплекс, вошедший в состав изделия, способный реализовать различныеалгоритмы первичной обработки эхо-сигналов, в том числе предложенные вданной работе. Именно выбранные алгоритмы обработки определяют структуру ипотребную производительность вычислительных средств, а также показателикачества ДМРЛ в целом [59; 60].На рис.4.1 показана общая структурная схема комплекса алгоритмов оценкипараметров спектров МО, в том числе, обоснованных в данной работе, иреализованных на современной цифровой элементной базе.Рисунок 4.1 Общая структурная схема алгоритмов оценки параметров спектров МО.Обработка осуществляется в квадратурных составляющих с выходасогласованного фильтра сжатия сложного сигнала (СФМ) и предусматривает94работу с двойной поляризацией: горизонтальной и вертикальной. Основнымиэлементами этой схемы являются идентичные блоки оценки первоговторого (2 T ) (T )иКК (БОКК), а также блоки вычисления мощности (БОМ).

Крометого в схеме предусмотрен блок подавления сигналов от «запредельных»дальностей (БПЗЦ), реализующий критерийные алгоритмы, предложенные вразделе 1. Накопление оценок по азимуту (усреднение пачки в пределах ширинылуча) осуществляется в блоках усреднения (БУ). Блок оценки СРС (БОС) и блокоценки ШДСС (БОШС) реализуют алгоритмы, предложенные в разделах 2 и 3соответственно. В блоке оценки энергетических характеристик МО (БОЭХ),производится расчет метеорологической отражаемости [61; 62] на основеоцененного ОСШ и контролируемых параметров локатора (Кш, Римп, τимп, и др.).Блок оценки поляризационных продуктов (БОПП) предназначен для оценкимодуля и фазы коэффициента кросскорреляции (между каналами поляризации), атакже соотношения метеорологических отражаемостей в двух поляризациях(ZDR) [1; 8]. В БОПП также используются предложенные в диссертацииалгоритмы.

Выдача оценок метеорологических характеристик МО по даннымпервичной обработки осуществляется на ПО вторичной обработки информации(ВОИ). Отметим, что накопление оценок по азимуту в БУ производитсянезависимо для 2-х периодов повторения вобулированной пачки импульсов Т 1 иТ2. В БОКК оценки КК вычисляются в соответствии с (3.41), обоснованными вразделе 3 (оценка КК методом Берга).В соответствии с потребным объемом вычислений в реальном времени, дляреализации алгоритмов первичной обработки информации была выбранапроцессорная плата Kontron CP6002 со следующими характеристиками: Процессор Intel® Core™ i7 610E 2.53 GHz, 4MB Cache Оперативная память 4ГБ Ethernet 2 x 1000/100/10 Base Ethernet on RJ45 USB 2.0 х 295Общий вид одноплатной ЭВМ представлен на рис.4.2 [63].

Эта ЭВМвнедрена в состав изделия «ДМРЛ-С», и помимо первичной обработкиобеспечивает также контроль и управление всем изделием.Рисунок 4.2 Общий вид одноплатной ЭВМ Kontron CP-6002В косплексе с одноплатной ЭВМ первичная обработка также реализуется напроцессорной плате ADP201cP5. На рис. 4.3 показана эта процессорная плата, вкоторой выполняются следующие функции: 4-хканальноеаналого-цифровоепреобразованиевходногосигнала(Fпч=60МГц), с частотой дискретизации Fд=80МГц на канал, и разрядностью14бит; квадратурный детектор принятых сигналов, на частоте дискретизации; фильтрация и понижение частоты отсчетов до 10МГц; согласованная фильтрация простого (МОНО) и сложного (СФМ) сигналов; «сшивка» дистанций простого и сложного сигналов; «сшивка» основных и дополнительных каналов с целью расширениядинамического диапазона; нулевые режекторные фильтры с переменной глубиной и шириной зонырежекции для фильтрации отражений от местных предметов;96Рисунок 4.3 Общий вид процессорной платы ADP201cP5Данный АПК был создан на существующей элементной базе.

Однако,применение последних достижений вычислительной техники позволяет взначительной степени повысить его производительность. На основе этихдостижений можно существенно расширить возможности первичной обработкипри модернизации ДМРЛ, например, увеличив количество анализируемыхмоментов спектров, использовать «сверхразрешающие» алгоритмы оценивания ит.д.4.2 Результаты экспериментальных исследований предлагаемых алгоритмовоценивания энергетических и доплеровских характеристик МО4.2.1Условия проведения экспериментовОбоснованные и предложенные в данной работе алгоритмы оцениванияпервых трех моментов доплеровских спектров МО были реализованы ввышеописанном аппаратно-программном комплексе первого отечественногометеорадиолокатора «ДМРЛ-С». Они прошли экспериментальную проверку внатурных условиях как в ходе Государственных приемочных испытаний изделия,так и в процессе эксплуатации серийных образцов, составивших основуметеорологической сети России.97Общий вид «ДМРЛ-С» на позиции показан на рис.4.4, а на рис.4.5 –антенная система и электронная аппаратура метеорадиолокатора в контейнере,устанавливаемом непосредственно под антенной.Рисунок 4.4 Общий вид «ДМРЛ-С»Рисунок 4.5 Антенная система (слева) и электронная аппаратура (справа) «ДМРЛ-С».Входеоцениванияэкспериментальныхбылиадаптированыхарактеристикам изделия [64]:исследованийкследующимпредлагаемыеосновнымалгоритмытехническим98 Способ обзора пространства: коническими сечениями с постояннымвращением по азимуту (00 ≤ ≤ 3600 ) с дискретным подъемом антенныпо углу места (минус 0,50 ≤ ≤ 900 ). Временной цикл обзора пространства: ≤ 10минут. Максимальная дальность действия:o в режиме низкой частоты повторения: ≤ 250км;o врежимевысокойчастотыповторения(свобуляцией): ≤ 125 км. Максимальная импульсная мощность когерентного передатчика: 15 кВт. Чувствительность приемного устройства: минус 142 дБ/Вт. Линейныйдинамическийдиапазон(сучетомиспользованиядвухприемников): 102 дБ. Коэффициент усиления зеркальной антенны: 45 дБ при ширине луча∆∆ ≤ 0.950 0.950 . Вид зондирующего сигнала:o сложный ступенчато-фазоманипулированный со сверхнизким уровнембоковыхлепестков ≤ −70дБ,и ≈ 25 и 60мкс,∆ = 1.2 МГц.o моно-сигнал: и ≈ 1,0 мкс (для перекрытия «мертвой» зоны СФМсигнала). Эффективностьподавлениямешающихотраженийот«местных»предметов: ~ 60 дБ. Поляризация: вертикальная и горизонтальная.Указанные параметры существенно влияют на конкретную реализациюалгоритмов оценивания, в первую очередь на размер пачки обрабатываемых эхосигналов.С учетом работы на двух поляризациях первичная обработка эхо-сигналовосуществлялась параллельно на выходе 4-х приемников, а полученные в99результатеэкспериментовмоментыспектровслужилидляполученияметеопродуктов методами вторичной (метеорологической) обработки.

Характеристики

Список файлов диссертации