Библиотека диссертаций Украины Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины
  Подробная информация Каталог диссертаций Авторам Отзывы
Служба поддержки




Я ищу:
Головна / Технічні науки / Радіотехнічні та телевізійні системи


456. Купрій Володимир Миколайович. Адаптація антенних решіток, що використовуються при пеленгації джерел радіовипромінювання методами спектрального аналізу, до умов поширення радіохвиль: дис... канд. техн. наук: 05.12.17 / Національний аерокосмічний ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харківський авіаційний ін-т". - Х., 2004.



Анотація до роботи:

Купрій В.М. Адаптація антенних решіток, що використовуються при пеленгації джерел радіовипромінювання методами спектрального аналізу, до умов поширення радіохвиль. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 – Радіотехнічні та телевізійні системи. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”. Харків, 2003.

Дисертація присвячена проблемі підвищення точності пеленгації джерел радіовипромінювання антенними решітками, які працюють у середовищі зі змінними електродинамічними параметрами, шляхом адаптації до умов поширення радіохвиль.

Розглянуто відомі алгоритми кутового надрозрізнення, визначені їхні потенційні можливості і фактори, що знижують їх працездатність.

Проведено аналіз причин виникнення флуктуацій хвильових фронтів, обумовлених середовищем поширення радіохвиль.

Отримано аналітичний вираз, що дозволяє визначати дисперсію помилок пеленгації власноструктурним алгоритмом MUSIC при відомих параметрах флуктуацій АФР сигналів.

За результатами порівняння точності визначення числа джерел радіовипромінювання, до застосування на практиці рекомендується алгоритм, що базується на статистичному критерії MDL.

Зроблено порівняльну оцінку відомих квазіоптимальних алгоритмів адаптації до спотворень хвильових фронтів середовищем поширення радіохвиль. Показано неефективність їхнього застосування в умовах прийому сигналів від декількох джерел радіовипромінювання.

Розроблено алгоритми адаптації до спотворень фазового й амплітудного розподілів середовищем поширення радіохвиль, що базуються на методі Ньютона.

Імітаційним моделюванням зроблена оцінка ефективності комбінування алгоритмів адаптації до умов поширення радіохвиль і алгоритмів надрозрізнення.

Розглянуто ефективність алгоритмів оцінки числа і пеленгації джерел радіовипромінювання в умовах, коли різниця НП сигналів від них перевищує ширину діаграми спрямованості і флуктуації АФР для кожного з джерел радіовипромінювання різні.

Запропоновано методику обробки результатів спектрального аналізу, що дозволяє збільшити точність пеленгації джерел радіовипромінювання.

1. Зроблено аналіз відомих алгоритмів кутового надрозрізнення і визначені основні фактори, що знижують їхню ефективність. Описано відомі методи автокалібрування антенних решіток, які застосовуються в умовах, коли середовище на умови поширення радіохвиль не впливає. Зазначено основну причину зниження ефективності алгоритмів автокалібрування антенних решіток в умовах прийому сигналів від декількох ДРВ, що пройшли неоднорідне середовище: проблематичність рішення задач визначення числа, НП і комплексних амплітуд сигналів від ДРВ, які використовуються у якості опорних при автокалібруванні.

2. Проаналізовано причини виникнення флуктуацій параметрів хвильових фронтів прийнятих сигналів. Відзначено, що основними причинами флуктуацій є параметри середовища ПРХ, що змінюються в часі. Оцінено очікувані величини флуктуацій амплітуди і фази. Показано, що очікуване середньоквадратичне відхилення (СКВ) ФР дорівнює 45 град, а відхилення рівня амплітуд 0,5.

3. Отримано аналітичний вираз, що дозволяє визначити середньоквадратичні похибки пеленгації ДРВ алгоритмом MUSIC при відомих очікуваних параметрах флуктуацій АФР сигналів у хвильових фронтах. Показано, що флуктуації фази із СКВ 45 град, викликають похибки оцінки НП сигналів від до ширини ДС. Вірогідність приведених у роботі формул підтверджена імітаційним моделюванням.

4. Проведено якісний аналіз відомих квазіоптимальних алгоритмів адаптації ФАР до умов ПРХ. Показано, що реалізація цих алгоритмів вимагає такого обсягу обчислень, при якому послідовне в часі застосування цих алгоритмів і пеленгації ДРВ алгоритмами спектрального аналізу стає проблематичним.

5. Розроблено алгоритм компенсації спотворень АФР сигналів середовищем ПРХ, що базується на методі Ньютона. Показано, що перехід від вимірів відхилень АФР від розрахованих значень у кожному каналі, до оцінки коефіцієнтів представлення цих же відхилень рядом Уолша, дозволяє одержати точність вимірів і компенсації, близьку до точності квазіоптимальних алгоритмів, але при цьому вимагає істотно меншого обсягу обчислень. Виграш в обсязі обчислень обумовлений перекладом їх в ортогональний базис Уолша, у якому матриця Гессе, у міру завершення перехідних процесів, діагоналізується і її обертання не вимагає значного обсягу обчислень. Показано, що для адаптації 16-ти канальної антенної решітки до спотворень АФР середовищем ПРХ за 10 мс потрібен процесор зі швидкодією порядку 107 операцій у секунду.

Проміжні результати запропонованого алгоритму адаптації, що містять інформацію про дійсно реалізований АФР у хвильових фронтах сигналів, прийнятих з визначених кутових напрямків, можуть бути використані як вихідні дані для рішення задач моніторингу середовища, через яке поширюються радіохвилі.

Перевагою алгоритму адаптації на базі методу Ньютона є те, що він формує максимально правдоподібні оцінки спотворень АФР у прийнятих сигналах за мінімальне число ітерацій 6. Приведено результати імітаційного моделювання комплексного алгоритму, який на першому етапі вирішує задачу адаптації ЛАР до умов ПРХ, а на другому – задачу пеленгації двох ДРВ в режимі надрозрізнення. Показано, що попередня адаптація до умов ПРХ дозволяє знизити похибки пеленгації двох ДРВ від 0.2 до0.04, де – ширина ДС АР, що близько до СКП пеленгації алгоритмами спектрального аналізу при відсутності спотворень хвильових фронтів середовищем ПРХ.

Результати моделювання показали, що при комплексуванні алгоритмів адаптації і надрозрізнення переваги по величині імовірності правильного розрізнення ДРВ і по точності їхньої пеленгації мають алгоритми надрозрізнення, які реалізовані в просторі променів. Причина в тім, що в суматорах, яки формують простір променів, відбувається усереднення залишкових міжканальних помилок адаптації до умов ПРХ для усіх променів, що використовуються при пеленгації.

7. Зроблено аналіз точності пеленгації ДРВ алгоритмами спектрального аналізу в умовах, коли кутові відстані між джерелами перевищують половину ширини ДС за рівнем половинної потужності, і в напрямку кожного з них флуктуації параметрів середовища ПРХ різні.

Показано, що статистичні тести оцінювання числа ДРВ типу MDL формують оцінки, що збігаються з їхнім дійсним значенням з імовірністю, близької до одиниці, за умови, що флуктуації фази в радіохвилях не перевищують 90 град.

Зроблено порівняння результатів пеленгації алгоритмами спектрального аналізу і методом Бартлета. Показано, що в умовах, коли флуктуації фази не перевершують 45 град, алгоритм Бартлета (не надрозрізділяючий алгоритм) формує пеленги з мінімальним числом помилкових викидів.

8. Моделюванням підтверджена ефективність збільшення точності пеленгації ДРВ алгоритмом Бартлета й алгоритмами кутового спектрального аналізу шляхом усереднення відгуків, сформованих у моменти часу, проміжки між якими перевершують час кореляції флуктуацій параметрів середовища ПРХ.

Показано, що усереднення навіть по 10 реалізаціям некорельованих відгуків алгоритмів пеленгації дозволяє практично позбутися помилкових викидів спектральних функцій.

Причина ефективності усереднення в тім, що властивості середовища ПРХ змінюються як у часі, так і по напрямках. Це і призводить до згладжування (самокомпенсації) помилкових викидів і збільшенню амплітуд піків спектральних функцій у НП сигналів.

Усі поставлені в дисертаційній роботі теоретичні і практичні задачі вирішені. Вірогідність аналітичних розрахунків підтверджена імітаційним моделюванням відповідних алгоритмів обробки сигналів.

Публікації автора:

1. Лиепинь У.Р., Головина Л.В., Куприй В.Н. Адаптация фазовой антенной решетки к искажениям распределения сигналов // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Вип. 2 (8). – Х.: НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2000. – С. 90 – 94.

2. Лиепинь У.Р., Головина Л.В., Куприй В.Н. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках, работающих в среде с флуктуирующими электродинамическими параметрами // Известия высших учебных заведений серия “Радиоэлектроника”. Журнал. № 2. – К.: НТУУ КПИ, 2001. – С. 14 – 21.

3. Лиепинь У. Р., Головина Л. В., Куприй В. Н. Адаптация антенной решетки к искажениям амплитудного распределения сигналов средой распространения радиоволн // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Вип. 1 (11). – Х.: НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2001. – С. 164 – 169.

4. Куприй В.Н. Ошибки в оценке направлений прихода сигналов в режиме сверхразрешения, обусловленные средой распространения радиоволн // Радиотехника. Сборник научных трудов. Вып. 117. – Х.: ХГТУРЭ, 2001. – С. 21 – 25.

5. Лиепинь У.Р., Куприй В.Н., Еременко С.А. Пеленгация источников радиоизлучения в условиях независимости флуктуаций параметров среды в направлении каждого из источников // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Вип. 1. – Х.: ХВУ, 2004. – С. 93–96.