Введение к работе
Актуальность темы исследования. Внедрение на территории Российской Федерации и сопредельных государств, новых правил глобального плана международной организации гражданской авиации (ИКАО), увеличивающих пропускную способность воздушного пространства и соответственно рост интенсивности воздушного движения требует дополнительного повышения качества функционирования навигационного оборудования, в частности автоматического радиопеленгатора (АРП).
Обнаружение сигнала является одной из важных задач в работе АРП, от реализации которой зависят такие характеристики, как дальность пеленгования и чувствительность.
Как известно в эфире присутствуют как полезные сигналы, так и помехи. В связи с этим, АРП постоянно формирует пеленги, как на источник полезного сигнала при его наличии, так и на помеху, а задача обнаружителя заключается в определении наличия полезного сигнала и в выдаче разрешения на высвечивание пеленгов только на источник полезного сигнала.
Стоит отметить, что при натурных испытаниях не обеспечивается повторяемость результатов испытаний АРП, так как невозможно повторно обеспечить идентичность условий распространения радиоволн и характеристик подстилающей поверхности в районе размещения АРП, а также повторное нахождение воздушного судна в заданной точке пространства. При этом, в части проведения испытаний АРП, моделирование обладает заведомо более широкими возможностями.
В АРП могут быть реализованы различные методы обнаружения пеленгационного сигнала. В связи с этим, при разработке АРП возникает задача выбора оптимального из них по таким показателям, как быстродействие, вероятность ложной тревоги и др. Эта задача также решаются путем моделирования процессов обнаружения пеленгационного сигнала.
В связи с вышеизложенным исследования по разработке моделей и алгоритмов процессов обнаружения пеленгационного сигнала являются актуальной задачей.
Целью диссертационного исследования является моделирование процессов обнаружения пеленгационного сигнала в аэродромных квазидоплеровских АРП.
В соответствии с этой целью в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
- проведен анализ и описаны методы обнаружения пеленгационного сигнала в эксплуатируемых АРП. Разработаны их математические модели и алгоритмы обнаружения пеленгационного сигнала;
- проведен анализ и систематизированы методы обнаружения пеленгационного сигнала в АРП, обработка информации, в которых осуществляется программными методами;
- разработан комплекс программ для моделирования, и выполнен сравнительный анализ методов обнаружения пеленгационного сигнала;
- разработаны и промоделированы методы и алгоритмы обнаружения пеленгационного сигнала для эксплуатируемых АРП;
- проверена корректность функционирования алгоритмов и программ путем сравнения результатов моделирования с результатами натурных экспериментов.
В качестве объекта исследования рассматриваются аэродромные квазидоплеровские АРП.
Предметом исследования являются математические модели и алгоритмы обнаружения пеленгационного сигнала в аэродромных квазидоплеровских АРП.
Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались с применением методов теории вероятностей, математического анализа, математического и компьютерного моделирования. Для решения поставленной задачи использовались численные методы. В процессе проведенных расчетов и имитационного моделирования применялись специализированные пакеты программ MATLAB/Simulink. Разработка оригинальных программных продуктов осуществлялась в средах C++ Builder 6.0 и С++. Для проверки работоспособности приведенных в диссертационной работе моделей, алгоритмов и программ использовались методы натурного и полунатурного экспериментов. Экспериментальные исследования проводились на находящихся в эксплуатации АРП.
Научная новизна исследований состоит в следующем:
1. разработаны математические модели методов обнаружения пеленгационного сигнала в эксплуатируемых АРП, позволяющие провести их сравнительный анализ с вновь разрабатываемыми методами и алгоритмами обнаружения сигналов;
2. разработан метод и алгоритм обнаружения пеленгационного сигнала по значениям фаз на ортогональных вибраторах антенной системы, позволяющий увеличить быстродействие обнаружения сигнала;
3. разработаны метод и алгоритм обнаружения пеленгационного сигнала по амплитуде диаграммы направленности искусственно сформированной сканируемой линейной антенной решетки, обеспечивающие достоверность обнаружения пеленга даже при сильных помехах.
Достоверность научных положений подтверждается результатами компьютерного моделирования, использованием адекватных исходных данных и соответствием данных, полученных при компьютерном моделировании результатам натурных испытаний.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования заключается в том, что:
- проведенные исследования вносят вклад в развитие теории исследования и моделирования процессов обнаружения пеленгационного сигнала;
- на основе исследования методов обнаружения пеленгационного сигнала в эксплуатируемых АРП, разработаны математические модели и алгоритмы их функционирования;
- программная реализация математических моделей и алгоритмов обнаружения пеленгационного сигнала в АРП позволяет проводить дальнейшие исследования методов обнаружения пеленгационного сигнала;
- разработаны оригинальный метод и алгоритм обнаружения пеленгационного сигнала по значениям фаз на ортогональных вибраторах антенной системы (АС), которые в отличие, от критерия близости формы огибающей выборки фаз сигналов с АС к синусоиде, позволяют повысить быстродействие, при этом результат измерения получается в относительных единицах;
- разработаны оригинальный метод и алгоритм обнаружения пеленгационного сигнала по амплитуде диаграммы направленности искусственно сформированной сканируемой линейной антенной решетки, обеспечивающие достоверность обнаружения пеленга даже при сильных помехах, что позволяет повысить безопасность управления воздушным движением. При этом повышаются чувствительность и дальность пеленгования АРП; снимаются многие ограничения, связанные с требованиями по размещению АРП. Вновь разработанный алгоритм можно использовать также для вычисления пеленга и угла места воздушного судна, что в целом способствует повышению помехоустойчивости АРП.
Результаты внедрения. Результаты диссертационной работы внедрены в опытно конструкторских работах, выполненных в ОАО НИИ «Сапфир»:
- «Разработка многоканального автоматического радиопеленгатора и средств радиосвязи, встраиваемых в РСП» (шифр «Низовье АРП-РС»);
- «Разработка радиопеленгационной системы для автоматического оповещения о несанкционированном доступе в подвижных и неподвижных охраняемых объектах» (шифр «Страж»).
Метод обнаружения пеленгационного сигнала по амплитуде диаграммы направленности искусственно сформированной сканируемой линейной антенной решетки будет внедрен в ОАО НИИ «Сапфир» при разработке перспективных АРП.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на:
- научно-технических конференциях в ФГБОУ ВПО ДГТУ в 2002 – 2012 годах;
- международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» в Московском государственном техническом университете гражданской авиации в 2003 году;
- заседаниях научно-технического Совета ОАО НИИ «Сапфир» в 2003 - 2010 годах;
- всероссийской научно-технической конференции «Современные информационные технологии в управлении» ДГТУ в 2003, 2005, 2007, 2009 и 2010 годах;
- на 15-м Юбилейном Международном молодежном форуме «Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке» в Харьковском национальном университете радиоэлектроники в 2011 году.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ из них 2 в научных журналах и изданиях, включенных в перечень рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 63 наименований и приложений. Основная часть изложена на 113 листах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 5 таблиц и 7 приложений на 38 листах.
