Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-
ВРЕМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
1.1. Пространственно-временная обработка сигналов. Основные
понятия и положения , 10
1.2. Обзор алгоритмов пространственно - временной обработки
сигналов 18
Выводы 29
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МСВ
-
Обзор существующих критериев обнаружения на основе собственных чисел оценки корреляционной матрицы 30
-
Оценивание угловых координат с помощью МСВ 37
-
Исследование обнаружителей одиночных гармонических сигналов
на базе МСВ 40
-
Характеристики точности оценивания пространственных частот с использованием МСВ 46
-
Исследование характеристик обнаружения-разрешения гармонических сигналов с использованием МСВ 50
-
Характеристики устойчивости МСВ к сосредоточенным помехам 53
-
Исследование чувствительности МСВ к окрашенному шуму 55
Выводы 60
3. ПРИМЕНЕНИЕ МСВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В
НЕЭКВИДИСТАНТНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТКАХ
Введение 62
#
-
Пространственная обработка сигналов в линейных и ступенчатых кусочно-непрерывных антенных решётках 63
-
Синтез алгоритмов пространственной обработки сигналов в квазиконформных кусочно-непрерывных антенных решетках 67
3.3. Моделыю-параметрическая пространственная обработка
сигналов в многодиапазонных комплексах и разнесенных
радиолокационных системах 83
Выводы 86
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ НА БАЗЕ МСВ
-
Экспериментальная проверка работоспособности 88
-
Вопросы технической реализации алгоритмов пространственной обработки сигналов на базе МСВ 93
-
Реализация РСЧ на базе сигнальных процессоров 100
-
Реализация РСЧ на базе ПЛИС 101
Выводы 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 115
ПРИЛОЖЕНИЕ. ОБРАТНАЯ РЕКУРСИЯ ЛЕВИНСОНА 119
*
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
ЛР авторегрессия, авторегрессионный
ЛРСС авторегрессия - скользящее среднее
БЛ боковые лепестки
ВЛТ вероятность ложной тревоги
ВПО вероятность правильного обнаружения
ДН диаграмма направленности
ДПФ дискретное преобразование Фурье
КИХ конечная импульсная характеристика
КР Крамера-Рао
МДК многодиапазонный комплекс
МСВ методы собственных векторов
МП максимум правдоподобия
МПМ модельно параметрические методы
ОСШ отношение сигнал/шум
ПВОС пространственно-временная обработка сигналов
ПЛИС программируемая логическая интегральная схема
РЛС радиолокационная система
РСЧ разложение по сингулярным числам
РТС радиотехническая система
СПМ спектральная плотность мощности
ХО характеристика обнаружения
ХП характеристика помехоустойчивости
ХРИ характеристика разрешения-измерения
ХРО характеристика разрешения-обнаружения
XT характеристика точности
ЦОС цифровая обработка сигналов
ЦСП цифровой сигнальный процессор
»
Введение к работе
В развитии радиолокации на современном этапе можно выделить несколько характерных тенденций.
Первая тенденция заключается в повышении помехоустойчивости радиолокационных средств в различной сигнально-помеховой обстановке и улучшении их традиционных качественных характеристик при решении задач обнаружения, разрешения и оценки параметров сигналов.
Вторая тенденция связана с расширением номенклатуры задач, решаемых радиолокационными средствами. Помимо традиционных задач по обнаружению и оценки траектории движения объектов в настоящее время на них возлагают задачи распознавания объектов, радиоразведки, метеоконтроля и пр. \+ Третья тенденция направлена на решение задач совместной обработки и обмена информацией в многодиапазонных и пространственно разнесённых радиолокационных комплексах.
Прогресс в этих направлениях радиолокации тесно связан с развитием теории и практики пространственно-временной обработки сигналов. Прежде всего, он обусловлен появлением компонентной базы, позволяющей повысить качество технических средств формирования и приёма сигналов и реализовывать в режиме реального времени сложные математические алгоритмы.
В связи с этим важное теоретическое и практическое значение приобретает задача разработки унифицированных алгоритмов обработки радиолокационных сигналов, обеспечивающих, с одной стороны, высокую точность н разрешающую способность по информативным параметрам, а с другой — помехоустойчивость к помехам различного происхождения. Однако, вследствие большого разнообразия решаемых радиолокационными средствами задач и различий в условиях их работы, поиск универсального алгоритма пространственно-временной обработки сигналов или пар "сигнал - алгоритм", удовлетворяющего любым радиолокационным ситуациям, представляется невыполнимым, Возможным путём разрешения этого противоречия является построение банка алгоритмов или пар "алгоритм - сигнал", каждый из которых может быть эффективно использован в определённой сигналыю-помеховой обстановке.
В последние годы в задаче пространственно-временной обработки сигналов на фоне комбинированных помех широкое применение получили модельно-параметрнческие методы, которые основаны на описании принимаемых сигналов с помощью математических моделей. При выполнении условия адекватности описания с помощью выбранной модели континииума принимаемых сигналов правильно выбранная модель вносит априорную информацию в задачу пространственно-временной обработки. Эта априорная информация позволяет получить улучшенные характеристики разрешения, что предопределяет повышенную помехоустойчивость этих методов. В настоящее время разработано и применяется на практике большое количество модельно-пааметрических методов, которые различаются вычислительной сложностью и потенциальными возможностями разрешения. Прогресс в области цифровой обработки сигналов позволяет на сегодняшний день реализовывать более сложные алгоритмы, обладающие лучшими показателями качества. Среди таких алгоритмов выделяются методы спектрального анализа, основанные на анализе собственных чисел оценки корреляционной матрицы. Их применение может обеспечить улучшение характеристик точности, разрешающей способности и устойчивости к помехам различного происхождения при обработке сигналов в пространственной, временной и частотной областях.
Целью исследования в диссертационной работе является анализ потенциальных возможностей применения методов, основанных на анализе собственных чисел оценки корреляционной матрицы, в задаче обработки радиолокационных сигналов в пространственном области и построение характеристик обнаружения и характеристик точности, которые являются базовыми для алгоритмов псрпнчноґі обработки сигналов в антенных решетках.
Особое внимание в работе уделяется проблеме применения данных методов при пространственной обработке сигналов в антенных решётках с нерегулярной геометрией. Это обусловлено актуальностью как упомянутой выше задачи обработки информации в пространственно разнесённых радиолокационных комплексах, так и задачи создания передислоцируемых радиолокационных станций, в которых возможности по размещению элементов антенной системы ограничены рельефом местности.
Исходя из цели работы, можно выделить следующие основные задачи исследования:
Анализ и обобщение практики применения алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов, основанных на анализе собственных чисел оценки корреляционной матрицы.
Обоснование рабочих статистик и исследование статистических характеристик совместного обнаружения и оценивания параметров пространственно-временных сигналов.
Разработка и исследование методов обработки сигналов в неэквидистантных антенных системах.
Экспериментальная проверка исследуемых алгоритмов в реальной помеховой обстановке.
Оценка возможностей практической реализации исследованных и синтезированных алгоритмов и формирование требований к программно-аппаратным средствам.
Диссертационная работа имеет следующую структуру. Первая глава носит обзорный характер. В ней приводятся основные определения и модели пространственно-временных сигналов и помех, которые в дальнейшем используются при анализе алгоритмов обработки. В этой главе обосновывается применение спектрального оценивания в задачах пространственно-временной обработки сигналов и показывается эквивалентность задач спектрального анализа и обработки сигналов в пространственной области при использовании понятия пространственных частот. Приводится сравнительный обзор существующих методов обработки сигналов в антенных решётках.
Во второй главе производится выбор рабочих статистик и алгоритмов обнаружения, обнаружения-разрешения и оценки параметров сигналов эквидистантных антенных решёток в пространственной области. Далее для выбранной рабочей статистики даётся анализ характеристик обнаружения, обнаружения-разрешения и помехоустойчивости, а также характеристик оценивания пространственной частоты по методу root-MUSIC. Кроме того, в этой главе описывается влияние на анализируемый алгоритм пассивных помех от подстилающей поверхности с гладкоокрашенным спектром.
В третьей главе рассматривается применение методов, основанных на анализе собственных чисел оценки корреляционной матрицы, для обработки сигналов в неэквидистантных антенных решётках. Приводится анализ многосегментного варианта алгоритмов, обоснованных в главе 2. Значительное место в третьей главе отводится синтезу и анализу алгоритмов обработки сигналов в квазиконформных кусочно-непрерывных антенных решётках и разнесённых радиолокационных комплексах.
В четвёртой главе приводятся результаты экспериментального исследования работоспособности анализируемых и синтезируемых алгоритмов в реальной помеховой обстановке. Также рассматриваются вопросы технической реализации алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов, основанных на анализе собственных чисел оценки корреляционной матрицы. Даются рекомендации по выбору технической базы для реализации процессоров пространственно-временной обработки радиолокационных сигналов.
В заключении приводятся основные результаты, полученные в диссертационной работе, и формулируются рекомендации по практическому применению анализированных и синтезированных алгоритмов в задачах обработки радиолокационных сигналов.
