Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации 13
1.1. Общая характеристика системы координатометрии и радиотехнического контроля 85В6-А «Вега» и станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион» 14
1.2. Развитие алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения применительно к угломерным системам произвольной конфигурации 18
1.3. Оценка и анализ точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации 25
2. Синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов 32
2.1. Статистический синтез алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры 33
2.2. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы 40
2.3. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала 43
3. Теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора 54
3.1. Теоретическое и экспериментальное исследование канала пеленгования станции S5B6-E «Орион» 54
3.2. Оценка точности пеленгования источников радиоизлучения станцией обнаружения и
пеленгования типа 85В6-Е «Орион» 65
3.3. Разработка рекомендаций по повышению точности пеленгования источников радиоизлучения в диапазоне частот 0,2...2 ГГц по результатам натурных испытаний 84
3.4. Предложения по совершенствованию подъемно-мачтового устройства для антенной системы автоматизированной станции радиоконтроля по результатам экспериментального исследования 91
3.5. Имитационное математическое моделирование моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой сигналов в спектрально-временном анализаторе 97
Заключение 123
Список литературы 128
- Общая характеристика системы координатометрии и радиотехнического контроля 85В6-А «Вега» и станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион»
- Оценка и анализ точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации
- Статистический синтез алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры
- Теоретическое и экспериментальное исследование канала пеленгования станции S5B6-E «Орион»
Введение к работе
Успехи в создании средств ко ординати о-временного обеспечения систем контроля воздушного пространства привели к практическому воплощению многопозиционных комплексов координатометрии, основу которых составляют моноимпульсные пеленгаторы. От качественных показателей первичной обработки сигнальной информации в пеленгаторе зависит успех в решении задач координатометрии и распознавания источников радиоизлучения (ИРИ).
В последнее десятилетие прошлого века были созданы угломерные, разностно-дальномерные и угломерно-разностно-дальномерные системы и комплексы координатометрии и радиотехнического контроля (РТК): в США -комплекс "Тимпэк", в Германии - "Хелас", в Израиле - CR-2740A, во Франции -DR-3000, DR-4000, "Алтесс", "Саламандрэ", в Украине - "Кольчуга", в Чехии -"Рамона", "Тамара" [1,2,3].
В бывшем СССР и России большие теоретические исследования в области построения пассивных систем контроля воздушного пространства были проведены Аверьяновым В.Я. [4], Ширманом Я.Д. [5], Черняком B.C. [6], Перетягиным И.В. [7], Седышевым IO.H. [7], Скосыревым В.Н. [9] и другими. На основе проведенных исследований и полученных научных результатов в России разработаны и созданы станции и системы радио- и радиотехнического контроля "Орион", "Охота", "Вега" и др. Система координатометрии и РТК 85В6-А «Вега» поставлена инозаказчику и эксплуатируется на его территории с 2000 года. При размещении этой угломерной системы (УС) на местности была возможность создать ее симметричную конфигурацию, обеспечивающую наиболее эффективное выполнение предъявленных к ней тактико-технических требований.
В то же время при внедрении таких систем в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурация УС будет определяться их дислокацией, а не только теоретическими соображениями. Кроме того, при размещении мобильных систем на местности трудно
обеспечить симметричную конфигурацию УС из-за особенностей ландшафта поверхности (болото, водоемы, лесной массив, горы и т.д.). В связи с этим актуальной является задача развития алгоритмов обработки информации применительно к УС произвольной конфигурации.
При выполнении диссертационного исследования в качестве базовой была выбрана система координатометрии и РТК 85В6-А «Вега».
Целесообразность выбора именно этой системы в качестве базовой для проведения диссертационного исследования обусловлена следующими причинами. Во-первых, эта система угломерная, а во-вторых, одной из целей диссертационного исследования является разработка практических рекомендаций по повышению качественных показателей систем именно такого типа. Кроме того, по результатам эксплуатации этой системы у инозаказчика можно проверить обоснованность и достоверность полученных новых научных результатов, выводов и рекомендаций.
Целью обработки радио- и радиотехнических сигналов в любой системе координатометрии и, в том числе и угломерной, является определение параметров и законов модуляции этих сигналов, а также измерение угловых координат источников их излучения. В отличие от активных систем контроля воздушного пространства, обрабатывающих отраженный сигнал заранее ожидаемой формы, решение указанных задач в пассивных системах контроля воздушного пространства затрудняется из-за большой априорной неопределенности частотно-временной структуры принимаемых сигналов. К числу основных неизвестных параметров сигналов можно отнести: форму и длительность тц, время их прихода, несущую частоту f0, ширину спектра П0, а также закон частотной или фазовой модуляции (манипуляции). Из-за наличия большого количества перечисленных выше неизвестных параметров сигналов вопросы их надежной обработки до сих пор разработаны явно недостаточно. В известной литературе рассмотрены лишь частные вопросы обработки радио- и радиотехнических сигналов. При этом структура сигналов в основном
7 полагалась простой, время измерения их параметров достаточно большим, плотность потока сигналов достаточно малой, а методы их обработки полагались в большинстве своем эвристическими.
В связи с этим возникает необходимость решения задачи статистического
синтеза алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной
неопределенности их частотно-временной структуры. Оценки
разведывательных потенциалов для различных методов приема и обработки сигналов в известной литературе [10-12] получены для простых сигналов известной структуры на фоне гауссовых шумов и не дают ответа на случаи воздействия ансамбля сигналов произвольной структуры в многомерной области анализа по пространству, частоте (спектру) и времени, хотя эти случаи являются наиболее характерными для систем РТК, Поэтому системный, всесторонний выбор методов пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для систем РТК является актуальным, а решение об их применении может быть принято на основе математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов ИРИ, одинаковых при исследовании различных устройств обработки по пространству (угловым координатам), времени (запаздыванию) и частоте (спектру).
В классическом построении канала пеленгования ИРИ дискриминаторные характеристики получают непосредственно после усиления сигнала с выхода антенных систем. В то же время в состав канала станции обнаружения и пеленгования (СОП) 85В6-Е «Орион» входит спектрально-временной анализатор (СВА) сигналов с быстрым спектральным анализом (БСА) [13]. Для этого случая задача пеленгования мало изучена и требует своего решения. Ввиду сложности происходящих процессов при обработке информации решение этой задачи можно получить с использованием имитационного математического моделирования.
Проведенный краткий анализ дает основание считать тему диссертационного исследования актуальной.
Объектом исследования являются многопозиционные системы координатометрии и РТК.
Предметом исследования является угломерная многопозиционная система координатометрии и РТК произвольной конфигурации, а также методы первичной обработки сигнальной информации при быстром спектральном анализе.
Целью диссертационного исследования является совершенствование алгоритмов первичной обработки сигнальной информации в многопозиционньгх угломерных системах координатометрии и РТК произвольной конфигурации.
Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача, а именно: разработка алгоритмов обработки информации в угломерных системах при быстром спектральном анализе сигналов источников радиоизлучения.
Декомпозиция поставленной задачи в диссертационной работе свелась к рассмотрению совокупности следующих частных логически взаимосвязанных задач:
разработка алгоритмов координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации;
синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов;
теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора;
- имитационное математическое моделирование моноимпульсного
пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации в
спектрально-временном анализаторе.
9 Совокупность указанных задач и определяет в основном структуру и
содержание данной диссертационной работы.
Методы исследования: теоретические, экспериментальные и
имитационное математическое моделирование.
В результате проведенного диссертационного исследования получен ряд
новых научных результатов, основные из которых выносятся на защиту:
Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.
Алгоритмы оптимальной первичной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов.
3. Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников
радиоизлучения с обработкой сигналов в СВА.
4.Практические рекомендации по повышению точностных характеристик пеленгования и оценивания параметров сигналов в моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации в СВА.
Научная новизна работы заключается в совершенствовании методов и алгоритмов обработки информации при БСА сигналов ИРИ в угломерных системах произвольной конфигурации и содержит следующие результаты:
Алгоритмы координатометрии источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.
Аналитические соотношения для оценки и анализа точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации.
3. Совершенствование алгоритмов оптимальной обработки информации в
условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры
сигналов и оценки несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной
формы.
Результаты теоретического и экспериментального исследования канала пеленгования СОП 85В6-Е «Орион», анализ факторов, влияющих на точность пеленгования источников радиоизлучения.
Методы и алгоритмы моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе СВА.
Задача анализа моноимпульсного пеленгатора с обработкой информации в СВА по результатам математического моделирования поставлена и решена впервые.
Научная значимость результатов исследования заключается в совершенствовании методов и алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах, кроме этого полученные новые результаты расширяют представления о возможностях имитационного математического моделирования в решении задач обработки информации.
Созданные математические модели можно использовать в дальнейших научных исследованиях первичной обработки сигнальной информации с более полным учетом факторов, влияющих на качественные показатели пеленгатора.
Практическая значимость результатов исследования заключается в следующем:
1. Полученные в первом разделе результаты позволяют оценить
потенциальные возможности угломерных систем координатометрии и РТК при
их развертывании в несимметричной, произвольной конфигурации, которую
можно строить с учетом ландшафтных особенностей и инфраструктуры
полигонов.
2. Созданная имитационная математическая модель моноимпульсного
пеленгатора позволяет определять пути совершенствования аппаратуры и
алгоритмов обработки информации.
3. Разработанные практические рекомендации позволяют повысить
точностные характеристики пеленгования и оценивания параметров сигналов в
моноимпульсном пеленгаторе с обработкой информации на выходе СВА.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на совпадении полученных научных результатов с результатами эксплуатации системы с симметричной конфигурацией "Вега". Полученные новым научные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противоречат общепринятым представлениям. Результаты имитационного математического моделирования совпадают с результатами многолетнего физического моделирования первичной обработки сигнальной информации в изделии 85В6-Е «Орион».
Апробация результатов исследования. Основные теоретические положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Ярославского ЗРИ ПВО в 2002 г., межведомственной конференции на четвертой международной выставке «Граница-2002», семинарах БелГУ, а также на X международной конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC*2004) в Воронеже.
Материалы диссертационной работы были опубликованы в 13 печатных работах, из них статей 10.
Основные положения и результаты работы реализованы в опытных образцах системы РТК "Вега", станциях "Орион", "Охота".
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, списка использованных источников из 50 наименований. Содержание работы изложено на 133 листах машинописного текста, иллюстрируется 74 рисунками и 2 таблицами.
В первом разделе проводится анализ угломерной системы координатометрии и РТК 85В6-А «Вега» и развитие алгоритмов оценки и анализа точностных характеристик измерения координат ИРИ применительно к угломерным системам координатометрии и РТК произвольной конфигурации.
Во втором разделе проводится статистический синтез алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры и дается оценка несущей частоты принимаемых
12 сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала. Рассматриваются алгоритмы формирования непрерывных и импульсных сигналов, а также построенная с их использованием математическая модель приемного канала с быстрым спектральным анализом.
В третьем разделе излагаются результаты теоретических и экспериментальных исследований канала пеленгования СОП 85В6-Е «Орион», анализируются факторы, влияющие на точность пеленгования источников радиоизлучения; приводятся практические рекомендации по повышению точностных характеристик пеленгования и оценивания параметров сигналов, помимо этого, приводятся результаты математического моделирования моноимпульсного пеленгатора источников радиоизлучения с обработкой сигналов в СВА.
В заключении излагаются основные результаты исследования и выводы по работе.
Общая характеристика системы координатометрии и радиотехнического контроля 85В6-А «Вега» и станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион»
Как отмечалось во введении выбор системы координатометрии и РТК 85В6-А "В era" в качестве базовой для проведения диссертационного исследования является целесообразным по целому ряду причин, помимо этого, по результатам эксплуатации этой системы у инозаказчика (с 2000 г.) можно проверить обоснованность и достоверность полученных новых научных результатов, выводов и рекомендаций.
При размещении этой угломерной системы на местности была возможность создать ее симметричную конфигурацию, обеспечивающую наиболее эффективное выполнение предъявленных к ней тактико-технических требований.
В то же время при внедрении систем координатометрии и РТК в существующие системы и средства контроля воздушного пространства конфигурации УС будет определяться в первую очередь их дислокацией, а не столько теоретическими соображениями. Это позволит наиболее полно использовать существующие коммуникации и инфраструктуру полигонов. Кроме этого, при размещении мобильных систем на местности зачастую бывает трудно обеспечить симметричную конфигурацию УС из-за особенностей ландшафта поверхности (болото, водоемы, лесной массив, горы и т.д.).
В связи с этим задача развития алгоритмов обработки информации применительно к УС произвольной конфигурации является весьма актуальной. 1.1 Общая характеристика системы координатометрии и радиотехнического контроля 85В6-А «Вега» и станции обнаружения и пеленгования 85В6-Е «Орион» Система координатометрии и РТК 85В6-А «Вега» предназначена: для обнаружения, распознавания, классификации и траєкторного сопровождения воздушных, наземных и морских объектов по излучению их собственных радиоэлектронных средств (РЭС); - выдачи координатно-трассовой и признаковой информации потребителям. Система «Вега» может применяться: - в составе средств раннего предупреждения и оповещения о воздушном нападении; - для информационной поддержки действий зенитно-ракетных войск, частей радиоэлектронной борьбы и истребительной авиации, особенно в условиях применения противником помех; - оценки общей радиоэлектронной обстановки в заданном районе; - управления воздушным движением. В стандартной конфигурации система состоит из трех мобильных автоматизированных СОП «Орион» и мобильного пункта управления (ПУ). Станции «Орион» располагаются на местности на расстоянии до 30 км друг относительно друга, а ПУ - примерно на равном удалении от них и, как правило, в непосредственной близости от командного пункта (КП) потребителя разведывательной информации. Пеленговая и признаковая информация по телекодовым каналам связи (радиомодему) от каждой станции «Орион» передается па ПУ, где триангуляционным методом решается задача определения пространственных координат объектов и траектории их движения. ПУ посредством аппаратуры передачи данных сопрягается с потребителем (вышестоящий КП), которому по установленному алгоритму передается вся полученная координатно-трассовая информация. - Мобильная автоматизированная СОП 85В6-Е «Орион» обнаруживает, пеленгует, распознает и классифицирует наземные, морские и воздушные объекты по излучениям их собственных средств. Стация «Орион» имеет высокое быстродействие за счет использования моноимпульсных методов пеленгования, широкополосного акустоэлектронного (компрессионного типа) Фурье-процессора в канале первичной обработки сигналов. Высокая чувствительность и современный уровень автоматизации обеспечивают возможность вести одновременную обработку всего множества обнаруженных радиосигналов, в том числе со сложной частотно-временной структурой. По измеренному вектору параметров сигналов, путем сравнения с базой данных, осуществляется распознавание источников излучения и классификация их носителей. В основном режиме работы станция осуществляет пеленгование источников излучения и измерения вектора параметров сигналов в процессе кругового обзора пространства. Темп выдачи информации на пункт управления и другим потребителям 6... 10 секунд. Станция предназначена для обеспечения рабочих режимов частей ПВО в составе пассивных (неизлучагощих) информационных систем контроля воздушного пространства или автономной работы, также может использоваться для контроля радиоэлектронной обстановки в районах испытательных полигонов, промышленных центров, морских бах и аэропортов.
Оценка и анализ точностных характеристик измерения координат источников радиоизлучения угломерными системами произвольной конфигурации
С учетом неравенства (z - zn)/r «1, на коэффициенты at и а2 можно наложить следующие условия: а\ 1, «2 « 1- В этом случае СКО O R = а. Последнее означает, что в ряде практических случаев для упрощения анализа СКО измерения наклонной дальности до цели о в пространственной УС можно определять по соотношениям, справедливым для плоскостной УС (1.49), где ах и иу определяются соотношениями (1.45) и (1.46), ар- (1.44). В общем же случае указанное значение аг для пространственной УС можно уточнять по (1.52). 1. Построение строго симметричной системы координатометрии с практической точки зрения является проблематичным, т.к. при этом сложно бывает учесть особенности ландшафта поверхности и, кроме этого, существующие системы и средства контроля воздушного пространства уже имеют определенную дислокацию и соответственно материально-техническую базу (стационарные электростанции, помещения обслуживающего персонала и т.д.). Поэтому задача исследования и развития методов координатометрии УС произвольной конфигурации является насущной необходимостью. 2. Задача оценивания пространственных координат ИРИ на основе первичных измерений азимутов Д и углов места е, решается посредством вычисления вектора параметров в прямоугольной системе координат. Используя рассчитанные оценки прямоугольных координат х, у, z цели, представленные в матричном виде, можно затем рассчитать ее полярные координаты относительно произвольного пункта. 3. СКО измерения дальности при заданном значении СКО первичных измерений угла места определяется функциональным отношением двух видов наклонных г,. Чем больше это отношение, тем меньше СКО а2., следовательно с увеличением высоты цели и, соответственно, угла места значение az при той же горизонтальной дальности будет уменьшаться. 4. С увеличением числа пунктов п значения СКО о\, ay, az будут уменьшаться. Последнее обстоятельство является особенно существенным при измерении угла места цели, ввиду относительно широких в вертикальной плоскости ДН антенн пассивных систем контроля воздушного пространства. 2. Синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки информации в условиях априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов. Целью обработки радио- и радиотехнических сигналов является определение параметров и законов модуляции этих сигналов, а также измерение угловых координат источников их излучения. В отличие от активных систем контроля воздушного пространства, обрабатывающих отраженный сигнал заранее ожидаемой формы, решение указанных задач в пассивных системах затрудняется из-за большой априорной неопределенности частотно-временной структуры принимаемых сигналов. К числу основных неизвестных параметров сигналов можно отнести: форму и длительность ти, время их прихода, несущую частоту f0) ширину спектра П0, а также закон частотной или фазовой модуляции (манипуляции). Из-за наличия большого количества перечисленных выше неизвестных параметров радио- и радиотехнических сигналов вопросы их надежной обработки до сих пор разработаны явно недостаточно. В наиболее обобщенном виде указанные вопросы были рассмотрены в [24,25]. Однако в указанных работах рассмотрены лишь частные вопросы обработки радио- и радиотехнических сигналов. При этом структура сигналов в основном полагалась простой, время измерения их параметров достаточно большим, плотность потока сигналов достаточно малой, а методы их обработки полагались в большинстве своем эвристическими.
Действительно, часть из указанных параметров можно оценить, используя для этого неоптимальные методы обработки принимаемых колебаний. Так, например, обнаружение сигнала с неизвестной несущей f0 можно произвести с ПОМОЩЬЕО широкополосного или автокорреляционного приемника с полосой П » По без согласования ширины спектра сигнала По и его характера модуляции с параметрами тракта обработки. Однако такое неоптимальное обнаружение по сравнению с оптимальным или близким к нему в общем случае может сопровождаться заметными энергетическими потерями. Кроме того, при интенсивном потоке воздействующих сигналов последние желательно обрабатывать в реальном масштабе времени, причем, по возможности без пропусков различающихся по времени сигналов. В этих условиях оптимальные методы приема могут оказаться также более конструктивными по сравнению с неоптимальнымя. Возможность решения задачи оптимальной обработки сигналов появилась в результате развития теории статистического синтеза информационных систем в условиях априорной неопределенности [26].
Статистический синтез алгоритма оптимальной обработки сигналов в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры
При практической реализации приемных каналов с быстрым спектральным анализом всегда следует учитывать потери при приеме простых сигналов с длительностью, меньшей, чем время анализа (тгет). Для сложных сигналов при оценке потерь определяющим является время корреляции [39].
Детальное изучение процессов в СВА при обработке различных ансамблей сигналов, сопоставительный анализ различных методов обнаружения (оценки порогов), съема и хранения информации об определяющих параметрах сигналов, обеспечивающих решение основных функциональных задач комплекса РТК, необходимо предусмотреть и проверить при помощи имитационной математической модели.
Таким образом, одной из основных задач является необходимость приближения информационных возможностей систем и алгоритмов обработки сигналов на выходе СВА к потенциальным, которые позволили бы обеспечить как минимизацию потерь обработки, так и значительное уменьшение скорости поступления данных, путем преобразования сигналов и отсчетов в векторы параметров этих сигналов, адекватно отражающих свойства и режимы ИРИ. 1. Представление опорного сигнала в виде обобщенного ряда Фурье позволяет синтезировать алгоритм оптимальной обработки сигналов при априорной неопределенности их частотно-временной структуры. 2. Используя аппроксимацию комплексной огибающей опорного сигнала с помощью базиса импульсных функций, можно решить задачу определения основных параметров и законов модуляции принимаемых колебаний в условиях априорной неопределенности их частотно-временной структуры. 3. Обработка сигнала с неизвестной структурой включает два вида обработки: когерентную в пределах каждого из интервалов At и некогерентную от интервала к интервалу. На этапе когерентной обработки вычисляется парциальное значение ЛОП, а на этапе некогерентной обработки вычисленные значения суммируются. 4. Оценка несущей частоты принимаемых сигналов неизвестной формы на основе предварительной оценки комплексной огибающей опорного сигнала по своей точности приближается к точности, которая может быть получена при обработке когерентного сигнала с известной формой опорного сигнала. 5. Ввиду сложности задачи пространственно-временной обработки ансамблей сигналов для пассивных систем контроля воздушного пространства, ее решение может быть получено на основе имитационного математического моделирования при использовании калиброванных параметров модели и типовых ансамблей сигналов источников радиоизлучения, одинаковых при исследовании различных устройств обработки по пространству (угловым координатам), времени (запаздыванию) и частоте (спектру). 3. Теоретическое и экспериментальное исследование методов и алгоритмов моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения с обработкой информации на выходе спектрально-временного анализатора В станции 85В6-Е «Орион» осуществляется вращение антенной системы (АС) в азимутальной плоскости. В этом случае ширина диаграммы направленности (ДН) антенны и скорость ее вращения имеют жесткую связь с энергетическим потенциалом станции, временем обновления информации об ИРИ и точностью определения пеленга. Рассмотрим эту связь. Величина коэффициента усиления антенны Gy обратно пропорциональна ширине ДН, чем шире ДН, тем меньше коэффициент усиления Gy. В свою очередь, коэффициент усиления Gy связан с энергией, необходимой для приема сигнала ИРИ. Эта связь также носит обратно пропорциональный характер. Формулой (3.1) представлен основной закон, по которому строятся все АС станций РТК, Имеем Р-Ь=ЭСШ, (3.L) где Р [dB/Вт] - мощность сигнала, принимаемого станцией; L [dB] - затухание мощности сигнала на трассе распространения; Эст [dB/Вт] - энергетический потенциал станции. Энергетический потенциал - это минимальная мощность, которую принимает станция. Энергетический потенциал складывается из энергии приемника (Э„р) и коэффициента усиления антенны(Су): Таким образом, увеличение коэффициента усиления антенны приводит к увеличению энергетического потенциала станции. С этой точки зрения необходимо наращивать энергетический потенциал, что приведет к сужению ДН. Однако узкой ДН невозможно быстро и качественно исследовать пространство. Для обработки информации, получаемой с анализируемого пространственного промежутка, требуется конечное время. Это время необходимо для просмотра по частоте и переключения с начальной до конечной частоты. В станции «Орион», чтобы не терять сигнал, за время, требуемое для обработки информации, ДН должна сместиться на \120. Тогда скорость вращения АС.
Теоретическое и экспериментальное исследование канала пеленгования станции S5B6-E «Орион»
При моделировании пространственно-временной обработки ансамблей сигналов необходимо учесть ряд особенностей тракта прохождения сигнала, которые влияют на получение информации о пеленге.
В первую очередь следует обратить внимание на то, что амплитудную моноимпульсную систему для пеленгования ИРИ в двух ортогональных плоскостях можно создать путем комбинации моноимпульсных систем, одна из которых предназначена для работы в азимутальной плоскости, а другая - в угломестной, при этом должен быть предусмотрен канал подавления боковых лепестков (ПБЛ). Амплитудный метод пеленгования основан на сравнении амплитуд сигналов, поступающих от различных антенн, после их частотно-временной обработки в СВА. При этом точность получения дискриминаторных характеристик зависит от степени идентичности каналов прохождения сигналов.
Несмотря на большие преимущества, существующий канал СВА имеет ограниченный динамический диапазон входных сигналов. Это обстоятельство, с одной стороны, усложняет прием и анализ сигналов большой амплитуды, а с другой - существенно ограничивает возможности построения системы устранения ложных пеленгов (СУЛП) при сравнении (нормировке) амплитуд сигналов, принятых различными антеннами. В случае использования моноимпульсного метода измерения угловых координат ИРИ с использованием СВА, задача нормировки в широком динамическом диапазоне входных сигналов трехканального широкополосного приемника еще более усложняется и ее решение возможно при использовании высокоскоростных цифровых технологий при наличии 12-14-разрядных АЦП с тактовыми частотами не менее 1 ГГц [47-49].
Принятый способ спектрально-временных преобразований приводит к эффектам, аналогичным применению полосового ограничителя. Для работы на линейных участках амплитудных характеристик широкополосных приемников можно применить регулировку усиления, однако, в силу функционального предназначения каналов, они должны быть мгновенными и не должны влиять на групповое время запаздывания (ГВЗ) каналов во всем динамическом диапазоне. В противном случае в нелинейном канале возникают искажения, которые приводят к появлению нечетных гармоник (3, 5 и т.д.) мощных сигналов и подавлению слабых сигналов сильными.
Существующая модель СВА- преобразователя масштаба-времени (ПМВ) предназначена только для решения задачи спектрально-временного анализа сигналов ИРИ, но ведь наряду с этим должна решаться и задача их пеленгования. В связи с этим для решения задачи пеленгования ИРИ по результатам обработки сигналов на выходе СВА, для комплексного решения вопросов согласования динамического диапазона входных сигналов и тракта СВА, а также оценки влияния нелинейных эффектов при наличии ограничения в каналах структурная схема модели СВА - ПМВ была доработана (рис. 3.30). В схему модели дополнительно были включены блоки (окна) ограничителя сигналов, каналы имитации трех антенн (левая, правая, ПБЛ), состоящие из системы частотного кодирования и уплотнения, соответствующих аттенюаторов и блоков формирования собственных (коррелированных шумов). При обработке сигналов на фоне собственных шумов, наличие полосового ограничителя в приемном тракте с ростом амплитуды сигнала приводит к появлению нечетных гармоник, что проявляется при обработке в широкополосном СВ А (рис. 3.31). Учитывая различия в распределении амплитуд по гармоникам (рис. 3.32), сигналы можно отселектировать после обработки в амплитудном квантователе на выходе СВА.
Похожие диссертации на Разработка алгоритмов обработки информации в многопозиционных угломерных системах с применением быстрого спектрального анализа сигналов
