Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1, ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АДАПТАЦИЯ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ СТАБИЛЬНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ
ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ПОДСТИЛАЮЩИХ ПОКРОВОВ. 10
I Л. Абсолютные ЭПР радиолокационных целей 10
Относительные ЭПР радиолокационных целей. "Образ" радиолокационной цели 34
Аргументы элементов матрицы рассеяния радиолокационных целей 44
Некоторые принципы классификации радиолокационных целей.45
Поляризационные инварианты одиночных и сложных
(групповых) радиолокационных целей 59
1.6. Особенности, связанные с измерениями матриц рассеяния 62
1.1. Выводы к разделу 1 68
Глава 2 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АДАПТАЦИЯ ПРИ
ОБНАРУЖЕНИИ ФЛЮКТУИРУЮЩИХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ
ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ПОДСТИЛАЮЩИХ ПОКРОВОВ 70
Преобразование законов распределения элементов матрицы рассеяния 70
Преобразование ковариационной и корреляционной матриц 73
Преобразование средних значений и дисперсий элементов матриц рассеяния 74
Ограничения на элементы корреляционной матрицы 87
Выводы к разделу 2 94
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДСТИЛАЮЩИХ
ПОКРОВОВ 95
3.1. Принципы построения статистических моделей
радиолокационных целей 95
Алгоритм оценки плотностей распределения вероятностей элементов MP, их комбинаций и производных 103
Экспериментальное определение плотностей распределения вероятностей элементов матриц рассеяния подстилающих покровов 136
Плотности распределения вероятностей полной ЭПР и степени анизотропии радиолокационных целей, представимых в виде системы независимых отражателей 142
Выводы к разделу 3 150
Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ПОЛЯГИМЕТРИИ ДЛЯ
УЛУЧШЕНИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ЦЕЛЕЙ
НА ФОНЕ ПОДСТИЛАЮЩИХ ПОКРОВОВ МЕТОДАМИ
ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АДАПТАЦИИ 153
Постановка задачи 153
Поляризационный анализ при линейном предсказании 158
Экспериментальные результаты 167
Оценка выигрышей в задачах поляризационного различения 168
Выводы к разделу 4 181
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 183
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 185
ПРИЛОЖЕНИЕ 194
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем современной радиолокации является задача улучшения обнаружения и различения радиолокационных целей. В центре внимания в настоящее время оказался анализ тонкой структуры отраженных радиолокационных сигналов, и, прежде всего, их поляризационных свойств. Эти вопросы получили большое развитие в работах российских и зарубежных ученых, таких как Акиньшин Н.В., Богородский В.В., Канарейкин Д.Б., Козлов А.И., Логвин А.И., Мелитицкий В.А., Потехин В.А., Сарычев В.А., Татаринов В.Н. и др., Джулии Д., Лихард Л.П., ГТоуэлман А.Дж., Хайнен Д.Р. и др. Однако широкое использование поляризационных эффектов для улучшения обнаружения и различения радиолокационных целей зачастую оказывается не столь уж эффективным. Одной из причин этого, может быть и главной, является отсутствие достаточно достоверных априорных знаний о статистических характеристиках как обнаруживаемых, так и фоновых целей. Методика поляризационной адаптации является эффективным средством улучшения различимости радиолокационных целей. Поляризационная селекция двух сигналов с мало различающимися характеристиками может осуществляться как на теоретическом, так и на экспериментальном уровнях. Для первого уровня существует проблема построения статистических моделей радиолокационных целей, под которой понимается построение многомерных плотностей распределения вероятностей элементов их матрицы рассеяния. Трудность второго уровня заключается в том, что экспериментальное определение этих характеристик сопряжено с большими сложностями и, как правило, ограничено небольшим набором целей и подстилающих покровов. Сказанное доказывает необходимость совмещать как теоретический, так и экспериментальный уровни анализа поляризационных характеристик радиолокационных целей. Актуальность диссертационной работы, посвященной принципам и методам поляризационной адаптации, заключа-
ется в анализе поляризационных характеристик радиолокационных целей на основе теоретическо-экспериментального данных с целью улучшения обнаружения этих целей на фоне подстилающих поверхностей.
Делью работы является применение принципов и методов поляризационной адаптации для улучшения обнаружения на фоне подстилающих поверхностей радиолокационных целей на основе теоретического и экспериментального анализа их поляризационных характеристик.
Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:
Определения закономерностей, устанавливающих связь между поляризационными характеристики радиолокационных целей.
Определения закономерностей изменения статистических характеристик элементов матрицы рассеяния при изменении поляризационных свойств передающей и приемной антенн.
Статистического моделирования поляризационных характеристик радиолокационных целей.
Экспериментального определения поляризационных характеристик некоторых типов земных поверхностей и экспериментальной проверки принципов статистического моделирования радиолокационных целей.
Анализа возможностей применения методов поляризационной адаптации для обнаружения радиолокационных целей.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
Определены аналитические зависимости между элементами матрицы рассеяния и между элементами ковариационной матрицы, дающие возможность проводить моделирование отражательных характеристик широкого класса радиолокационных целей и подстилающих покровов.
Разработаны, на основе линейного предсказания, методы анализа радиолокационных целей по инвариантам матрицы рассеяния, которые позволяют обнаруживать изменение состояния сигнала и производить соот-
ветствующую сегментацию.
3. Проведено экспериментальное определение элементов матрицы рассеяния некоторых типов земной поверхности, давшее возможность провести определение практически всех используемых на практике их статистических характеристик.
Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
1. Проводить статистическое моделирование широкого класса радиолока-
ционных целей.
2. Уменьшать ошибку определения поляризационных характеристик ра-
диолокационных целей.
Повысить эффективность улучшения различения радиолокационных целей.
Использовать полученные результаты для оценки метеорологической
обстановки.
На защиту выносятся принципы и методы поляризационной адаптации, полученные на основе теоретико-экспериментального анализа поляризационных характеристик радиолокационных целей.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных НТК "Гражданская авиация на современном этапе науки, техники и общества", Москва, в период с 2004-2006г., и межкафедральных семинарах в Московском государственном техническом университете гражданской авиации.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации составляет 205 страниц, включает 71 рисунок, 7 таблиц, Список используемой литературы содержит 102 наименования.
Первый раздел посвящен выявлению общих закономерностей, связывающих между собой основные радиолокационные характеристики и поляризацию облучающей волны. В общем случае элементы su,sl2,s22 и связанные с ними статистические характеристики оказываются имеют достаточно устойчивые внутренние связи. Для установления этой взаимосвязи, прежде всего устанавливаются аналогичные связи для стабильных целей. Для чего в работе, опираясь на соотношения, устанавливающие закономерности изменения элементов матрицы рассеяния в зависимости от выбора поляризационного базиса, в котором производится измерение, рассмотрен ряд общих соотношений. Проводится детальный анализ зависимостей абсолютных и относительных ЭПР радиолокационных целей от вида поляризации. Устанавливаются их экстремальные значения. Излагаются некоторые принципы классификации радиолокационных целей по их матрицам рассеяния и собственным значениям этих матриц. Проводится решение задачи по определению поляризационных инвариантов групповых (сложных) целей, которые в явном виде выражаются через аналогичные величины для одиночных целей. Рассматриваются особенности, связанные с измерениями матриц рассеяния стабильных радиолокационных целей.
Во втором разделе, опираясь на данные, полученные в первом разделе, проводится аналогичный анализ взаимосвязи радиолокационных характеристик флуктуирующих радиолокационных цели в зависимости от поляризации через использование статистической матрицы рассеяния. В связи с этим решается задача преобразования многомерных плотностей распределения вероятностей элементов матрицы рассеяния и показывается их инвариантность к смене поляризационного базиса (ПБ). Рассматривается преобразование ковариационной и корреляционной матриц и показывается, что они подвергаются преобразованию подобия при смене поля-
ризационного базиса. Показывается инвариантность полной дисперсии элементов матрицы рассеяния. Большое внимание уделяется анализу ограничений на элементы корреляционной матрицы. Разработаны методики их оценки. Отдельно рассматриваются особенности, характерные для одномерных законов распределения.
В третьем разделе приводятся данные, полученных в результате эксперимента, поставленного с целью доказать взаимосвязи радиолокационных характеристик с поляризацией цели, установленные в предыдущих разделах. Рассматривается вопрос статистического моделирования радиолокационных целей, под которым понимается построение многомерных (одномерных) плотностей распределения элементов матриц рассеяния таких целей. С целью проверки заложенных принципов статистического моделирования радиолокационных целей приводятся экспериментальные данные по определению поляризационных характеристик для ряда подстилающих покровов, полученных при помощи трассового РЛК УВД "Скала". Проводится анализ частного случая, когда радиолокационная цель может быть представлена в виде некоторой системы независимых отражателей, получены плотности распределения для полной ЭПР и степени анизотропии для такого класса целей.
В четвёртом разделе проводиться рассмотрение возможности использования поляризационного анализа для улучшения различения радиолокационных целей. В основе решения этого круга задач лежит поляризационная адаптация, С этой целью разрабатывается методика автоматического анализа радиолокационного сигнала по трем характеристикам матрицы рассеяния. Метод основывается на линейном предсказании. Проводится оценка спектральной ошибки, для чего вводится понятие ее меры. Проводится классификация и описание соответствующих сегментов в зависимости от их поляризационной окраски. Строится поляризационный экстраполятор. Разрабатывается быстросходящийся рекурсивный алго-
ритм, обеспечивающий минимизацию среднеквадратической ошибки предсказания. Приводятся результаты машинного эксперимента по различению радиолокационных целей. Проводится оценка выигрышей, получающихся вследствие адаптивной подстройки поляризационных характеристик приемных и передающих антенн.
В заключении приведены основные результаты и выводы работы. В приложении приведена программа определения законе распределения.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Козлову А.И. за помощь и полезные советы при написании работы.
