Введение к работе
Тематика диссертационной работы направлена на дальнейшее развитие методов пеленгации ионосферных сигналов. Основой являются исследования, проводимые в БФУ им.И.Канта в области пеленгации, в которых автор работы принимал непосредственное участие (2007-2011 гг). Теоретической основой настоящей работы являются положения теории оптимального приема, развитые в приложении к вопросам пеленгации пространственно-временных ионосферных сигналов. Экспериментальной основой являются данные экспериментов при приеме ионосферных сигналов, полученные с помощью цифрового восьмиканального пеленгатора в 1990-1991 г и данные, полученные с помощью комплекса аппаратуры в 2010-2012г.
Сложность решения задачи пеленгации ионосферных сигналов связана с двумя факторами: многолучевостью и нестационарностью параметров сигнала Малые угловые различия лучей ионосферных сигналов не позволяет решить задачу пеленгации методами углового или частотного (доплеровские фильтры) спектрального анализа. Для решения этой задачи требуется развитие новых, более эффективных методов обработки. Наиболее эффективной является совместная обработка как пространственной, так и временной информации, получаемой с помощью многоканальных антенных системы. Переход к линейному пространству сигналов существенно формализует решение задачи пеленгации ионосферных сигналов. Вместо многообразия функций, зависящих от времени и пространственных координат, рассматриваются векторы, длина которых определяется амплитудным значением и пространственно-временной базой сигнала, а ориентация вектора определяется азимутом, углом места, частотой и фазой сигнала. Нестационарность параметров ионосферных сигналов приводит к наличию мультипликативной помехи. Она существенно снижает эффективность методов обработки ионосферных сигналов, используемых в пеленгационных системах. Мультипликативная помеха проявляет себя при обработке как временных, так и пространственных сигналов. В этих условиях наиболее оптимальной является совместная обработка ионосферных сигналов на малых пространственной и частотной базах. В этом случае влияние мультипликативной помехи оказывается минимальным.
Таким образом, основной целью настоящей диссертационной работы является развитие методов обработки при одноточечной пеленгации ионосферных сигналов на основе положений теории оптимального приема. Основное внимание обращено на вопросы обработки пространственно-временного сигнала при наличии многолучевости. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: 1. Разработка положений теории оптимального приема в приложении к вопросам
пеленгации пространственно-временных ионосферных сигналов.
-
Анализ вопросов оптимизации антенной системы для приёма ионосферных сигналов как в условиях однолучевого, так и многолучевого приёма
-
Создание устойчивого однолучевого алгоритма обработки ионосферного сигнала для оценки азимута в условиях многолучевого приема.
-
Развитие методов обработки пространственно-временного ионосферного сигнала в условиях многолучевости.
-
Анализ влияния мультипликативной помехи на эффективность алгоритмов обработки ионосферных сигналов.
-
Обработка и анализ экспериментальных данных, полученных на трассах различной протяженности и ориентации.
Актуальность работы и обоснование поставленных задач
Исследование вопросов ионосферного распространения радиоволн, в том числе и вопросов пеленгации, продолжает оставаться актуальной областью. Это подстверждается большим количеством публикаций и проведением различных конференций по ионосферной тематике. Актуальность тематики ионосферного распространения радиоволн объясняется необходимостью повышения эффективности работы различных комплексов аппаратуры, основой которых является ионосферное распространение радиоволн. При решении задачи разрешения лучевой структуры ионосферного сигнала появляется возможность получения новой информации о ионосферных процессах с помощью наклонного зондирования. Эта информация позволяет практически мгновенно обнаруживать запуски ракет, взрывы, землетрясения и другие факторы возмущения ионосферы естественного и антропогенного происхождения, а так же дает возможность изучать солнечно-земные взаимосвязи с помощью наклонного зондирования.
Практическая ценность диссертационной работы
Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:
-
Разработаны основные положения теории оптимального приема в приложении к вопросам пеленгации пространственно-временных ионосферных сигналов.
-
Установлено наличие мультипликативной помехи в ионосферных сигналах, связанной с пространственной нестационарностью параметров ионосферы.
-
Разработан устойчивый метод пеленгации в условиях многолучевости.
-
В практику пеленгации введен критерий качества, определяющий достоверность результатов пеленгации ионосферных сигналов.
-
Разработан алгоритм обработки четырехлучевого ионосферного сигнала.
6. Показана возможность калибровки антенной системы по принимаемому ионосферному сигналу.
Новизна и научная ценность диссертационной работы
Новизна и научная ценность диссертационной работы состоит в следующем:
-
Впервые вопросы пеленгации рассмотрены на основе объединения пространственной и временной информации. Это позволило создать алгоритм обработки, решающий задачу пеленгации четырехлучевого сигнала с минимальной пространственной (115м) и временной (5сек).
-
Впервые установлено влияние мультипликативной помехи на эффективность алгоритмов обработки пространственно-временных ионосферных сигналов.
-
Впервые установлена возможность алгоритмического изменения пространственной базы сигнала.
-
Впервые для оценки эффективности обработки ионосферных сигналов при пеленгации введён критерий качества. Он дает возможность исключить недостоверные оценки параметров.
-
Впервые показана возможность калибровки антенной системы по принимаемому сигналу. Это позволяет оперативно уточнять инструментальные поправки, что увеличивает точность оценок угловых параметров.
Защищаемые положения
Основные защищаемые положения диссертационной работы:
-
Результаты теоретических, модельных и экспериментальных исследований метода пеленгации ионосферного сигнала, основанного на пространственно-временной информации.
-
Методика устойчивой о дно лучевой обработки многолучевых ионосферных сигналов.
-
Результаты развития положений теории оптимального приема в приложении к пеленгации ионосферных сигналов.
-
Анализ влияния мультипликативной помехи на эффективность пространственно-временной обработки сигналов.
-
Методика калибровки многоканальной антенной системы.
-
Возможность использования введенного в практику пеленгации критерия качества.
Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в следующем:
1. Разработка структуры пространственно - временного сигнала, его
формализация в линейном пространстве сигналов, развитие положений теории
оптимального приема в приложении к пространственно-временным сигналам
выполнены автором при консультационной помощи научного руководителя.
-
Разработка и исследование работоспособности четырехлучевого алгоритма обработки ионосферных сигналов, а также проведение необходимых траекторных расчетов выполнены лично автором диссертационной работы.
-
Реализация ряда положений: мультипликативная помеха, критерий качества, устойчивый метод пеленгации выполнены Кочмарским А.В. при консультационной помощи руководителя.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XVII Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация и связь» (Воронеж, 2011г.), XXIII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн» (Йошкар-Ола, 2011г.), X, XI межвузовская научно-техническая конференция аспирантов, соискателей и докторов (Калининград, БГАРФ, 2010, 2011гг.)
Объем и структура диссертации
