Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
ОБ ОБНАРУЖЕНИИ ЦЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛЯРИЗА
ЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ 14
Анализ существующих методов использования поляризационной обработки информации для принятия решений об обнаружении радиолокационных целей 15
Методы принятия решений об обнаружении целей с использованием поляризационной матрицы рассеяния отраженных сигналов 20
Оценка возможностей метода полного поляризационного зондирования пространства при принятии решения об обнаружении радиолокационных целей 25
Выводы 28
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗА
КОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ВЕКТОРОВ РАС
СЕЯНИЯ ЦЕЛЕЙ И ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С ОЦЕН
КОЙ РАЗЛИЧИЯ ИХ ОБЛАСТЕЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ В КОМПЛЕКС
НОМ ПОЛЯРИЗАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ 29
2.1, Особенности определения параметров закона распределения
поляризационных векторов рассеяния целей и подстилающей
поверхности для однопозиционных радиолокационных систем
с полным поляризационным зондированием 30
2.2. Экспериментальные исследования характеристик областей ло
кализации поляризационных векторов рассеяния подстилаю
щей поверхности и целей в комплексном поляризационном
пространстве с использованием макета радиолокационной сис-
темы с полным поляризационным зондированием 34
Состав и технические характеристики макета радиолокационной системы с полным поляризационным зондированием 38
Экспериментальные исследования и анализ характеристик областей локализации поляризационных векторов рассеяния подстилающей поверхности 43
Экспериментальные исследования и анализ характеристик областей локализации поляризационных векторов рассеяния наземных целей 55
2.3. Оценки различий статистических свойств поляризационных
векторов рассеяния наземных целей и подстилающей поверх
ности в интересах построения решающих правил принятия ре
шений об обнаружении целей 61
Выводы 65
3. РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕШАЮЩИХ
ПРАВИЛ И АЛГОРИТМОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ОБ ОБНА
РУЖЕНИИ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНО
СТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ВЕКТОРОВ
РАССЕЯНИЯ 67
3.1. Оценка возможности параметрического подхода к пос
троению решающих правил принятия решений об обнаруже
нии целей на фоне подстилающей поверхности 68
Анализ особенностей определения плотности вероятности распределения поляризационных векторов рассеяния целей и подстилающей поверхности 69
Анализ особенностей получения обучающих и контрольных выборок для решающих правил принятия решений об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности 73
3.2. Синтез и анализ решающих правил и алгоритмов принятия
решений об обнаружении целей на фоне подстилающей по-
верхности 76
Разработка решающего правила принятия решений об обнаружении цели на фоне подстилающей поверхности 76
Разработка алгоритма принятия решений об обнаружении цели на фоне подстилающей поверхности 80
Оценка эффективности алгоритма принятия решений об обнаружении цели на фоне подстилающей поверхности с использованием экспериментальных данных 83
Выводы 89
4. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕ
РИСТИКАМ однопозищонньгх РАДИОЛОКАЦИОННЫХ
СИСТЕМ С ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКОЙ ИНФОРМА
ЦИИ 90
Анализ влияния технических характеристик однопозицион-ных радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации на показатели качества алгоритма принятия решения об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности 90
Обоснование требований к техническим характеристикам однопозиционных радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации, обеспечивающих работу алгоритмов обнаружения целей на фоне подстилающей поверхности 96
Выводы 99
ВЫВОДЫ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АКФ - автокорреляционная функция
АЦП - аналогово - цифровой преобразователь
БОЗУ - буферные оперативные запоминающие устройства
БУР - блок управления регистров
ВРМ - вектор распределения мощности
КПМ - ковариационно - поляризационная матрица
КПП - комплексное поляризационное пространство
МО - математическое ожидание
МШД - мультиплексор шины данных
ОЛ - область локализации
ПВР - поляризационный вектор рассеяния
ПМР - поляризационная матрица рассеяния
ПП - подстилающая поверхность
ППЗ - полное поляризационное зондирование
ПР - поляризационный разделитель
РЛС - радиолокационная система
СВ - спецвычислитель
УО - устройство сопряжения
УУ - устройство управления
ФА - формирователь адреса
ЭВМ - электронно - вычислительная машина
ЦПУ - центральное процессорное устройство
Введение к работе
Анализ состояния и тенденций развития радиолокационных средств обнаружения целей на фоне подстилающей поверхности показывает, что решение таких задач традиционными радиолокационными средствами довольно затруднительно. Поэтому необходимо совершенствование радиолокационных систем наблюдения в плане использования новых методов получения и обработки информации, в частности поляризационной обработки сигналов, что дает возможность повысить информативность радиолокационных систем [1-5]. Одним из таких методов является использование полного поляризационного зондирования целей, при котором производится измерение поляризационных векторов рассеяния (ПВР) целей и подстилающей поверхности. Это может существенно улучшить информативные свойства радиолокационных систем за счет получения дополнительной информации и применения новых способов ее обработки [6,7].
В связи с этим возникает новая научно-техническая задача - обнаружение целей на фоне подстилающей поверхности в однопозиционных радиолокационных системах с поляризационной обработкой информации.
Цель диссертационной работы - разработка и оценка эффективности решающих правил и алгоритмов принятия решения об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности в однопозиционных радиолокационных системах с поляризационной обработкой информации.
В интересах достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ различий статистических свойств поляризационных векторов рассеяния наземных радиолокационных объектов и отражений от подстилающей поверхности с использованием экспериментальных данных;
оценить возможность параметрического подхода при синтезе решающих правил и разработать оптимальные решающие правила принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП;
разработать методику оценки эффективности решающих правил и провести оценку эффективности решающих правил с использованием экспериментальных данных;
провести оценку эффективности алгоритмов с учетом влияния шумов и параметров приемо - передающих трактов измерителя ПВР, обосновать требования к техническим характеристикам однопозиционных радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации.
Объектом исследования является процесс принятия решения об обнаружении цели на фоне подстилающей поверхности при использовании поля-ризационно-статиетической обработки информации.
Предметом исследования являются статистические свойства поляризационных векторов рассеяния наземных радиолокационных объектов и отражений от подстилающей поверхности, решающие правила, алгоритмы обнаружения целей на фоне ПП с использованием поляризационных векторов рассеяния.
Методы исследований.
При исследовании статистических свойств и различий параметров областей локализации ПВР наземных целей и подстилающей поверхности использовались выборки ПВР, полученные с использованием действующего макета БРЛС. Кроме этого, использовались методы статистической обработки данных и спектрального анализа. При разработке решающих правил, алгоритмов и оценке их эффективности использовались методы статистической теории радиолокации, статистической теории распознавания образов, а также методы статистического моделирования.
Новые научные резулвтаты:
Результаты анализа параметров законов распределений поляризационных векторов рассеяния наземных радиолокационных объектов и подстилающей поверхности и различий областей локализации поляризационных векторов рассеяния в комплексном поляризационном пространстве с использованием экспериментальных данных. Анализ параметров закона распределения ПВР наземных радиолокационных объектов, подстилающей поверхности и количественных оценок различий областей их локализации в КПП проведен впервые.
Результаты синтеза и анализа решающего правила и алгоритма принятия решения об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности для радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации.
Решающее правило и алгоритм, результаты оценки показателей качества принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП получены впервые.
3. Результаты анализа влияния технических характеристик однопози-
ционных радиолокационных систем с поляризационной обработкой инфор
мации на показатели качества алгоритма принятия об обнаружении целей на
фоне подстилающей поверхности с обоснованием требований к техническим
характеристикам одноиозиционных радиолокационных систем с поляризаци
онной обработкой информации,
Усовершенствовано:
Методики оценки различий областей локализации ПВР целей и подстилающей поверхности в комплексном поляризационном пространстве.
Методики оценки показателей качества решающих правил и алгоритмов принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП.
Получили дальнейшее развитие.
Обоснование требований к параметрам измерителя ПВР и устройств цифровой обработки, обеспечивающих работу алгоритмов принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа связана с целями и задачами совершенствования радиолокационных систем в плане обработки информации для принятия решений об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в работе, являются частью плановых научно - исследовательских работ, проводимых в ОАО «НИИП им. В.В, Тихомирова» с 2003 по 2006 г., в Центре радиоэлектроники Белгородского государственного университета с 2002 г. по настоящее время. Основные результаты исследований были использованы в НИР «Копирка-ПО» [8, 9, 10], «Копирка-ПО-1» [11, 12].
Теоретическое значение полученных результатов.
Определены параметры законов распределения и областей локализации поляризационных векторов рассеяния наземных радиолокационных объектов и подстилающей поверхности. Синтезированы решающее правило принятия решения об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности для радиолокационных систем с полным поляризационным зондированием и получены оценки показателей качества обнаружения.
Практическое значение полученных результатов.
Оценено влияния технических характеристик трактов радиолокационных систем с полным поляризационным зондированием (ППЗ) на эффективность принятия решения об обнаружении цели на фоне подстилающей поверхности. Обоснованы требования к техническим характеристикам однопо-зиционных радиолокационных систем с ППЗ. Разработан алгоритм принятия решения об обнаружении цели на фоне ПП. Эти результаты могут быть использованы при модернизации существующих и разработке перспективных радиолокационных систем.
Результаты работы использованы при создании программно - алгоритмического обеспечения БРЛС Ш101 (ОАО «НИИП им. В.В. Тихомирова», г. Жуковский), при создании действующего макета БРЛС «Гроза-40М» (Центр радиоэлектроники БелГУ, г. Белгород), при оценках технических требований к модернизированной РЛС ТИ «Кама-Н» радиолокационного комплекса тра-екторных измерений следящего типа на этапе эскизного и технического проектирования в рамках ОКР «Полигон-РВ» (ОАО «КБ Кунцево», г. Москва).
Личный вклад соискателя состоит в получении следующих результатов, изложенных в диссертации:
расчет и анализ поляризационно - статистических характеристик ПВР наземных радиолокационных объектов и подстилающей поверхности с использованием экспериментальных данных полученных на действующем макете БРЛС «Гроза-40М»;
оценка возможности параметрического подхода к построению решающих правил принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП;
разработка оптимального решающего правила и алгоритма принятия решения об обнаружении целей на фоне ПП, расчет оценок показателей качества решающего правила;
анализ влияния технических характеристик устройств измерения и обработки ПВР в радиолокационных системах с поляризационной обработкой информации на показатели качества принятия решения об обнаружении цели па фоне ПП;
Апробации результатов диссертации, Основные результаты исследований были доложены на XVIII НТК ОАО «НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова, г. Жуковский 2005 г., Ill международном технологическом конгрессе, г. Омск 2005 г., XXIV Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред», г. Санкт-Петербург, 2006.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения.
В первом разделе представлены результаты анализа существующих методов поляризационной обработки информации. Проведен анализ существующих методов обнаружения целей с использованием поляризационных признаков. Проанализировано использование метода полного поляризационного зондирования пространства для решения задач обнаружения радиолокационных объектов.
Во втором разделе проведен анализ параметров законов распределения поляризационных векторов рассеяния наземных объектов и подстилающей поверхности. Получены количественные и качественные оценки характеристик областей локализации ПВР наземных объектов и подстилающей поверхности в комплексном поляризационном пространстве. Проведен анализ различий статистических свойств ПВР различных наземных объектов и подстилающей поверхности в интересах синтеза решающих правил и алгоритмов принятия решения об обнаружении этих объектов.
В третьем разделе проанализирована возможность параметрического подхода к построению решающих правил. Проведен анализ особенностей определения плотности вероятности распределения ПВР для радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации. Разработаны оптимальное решающее правило и алгоритм принятия решения об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности. Получены оценки показателей качества алгоритма.
В четвертом разделе проведен анализ влияния технических характеристик приеме - передающих трактов радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации на показатели качества алгоритма принятия решения об обнаружении цели на фоне ПП. Обоснованы требования к техническим характеристикам однопозиционных радиолокационных систем с поляризационной обработкой информации.
] 1
Публикации. Материалві исследований по теме настоящей диссертационной работы опубликованы в 5 отчетах о НИР и 5 научных статьях в соавторстве [8-17].
В отчете о НИР «Копирка-ПО», этап 3 [8], автором разработаны решающее правило принятия решения и алгоритм обнаружения цели на фоне подстилающей поверхности для макета БРЛС «Гроза-40М» при функционировании в нереалвном масштабе времени.
В отчете о НИР «Копирка-ПО», этап 4 [9], автором предложен геометрический подход к формированию и физическая интерпретация областей локализации поляризационных векторов рассеяния (ПВР) наземных радиолокационных объектов сложной геометрической формы.
В отчете о НИР «Копирка-ПО», этап 5 [10], автором проведены экспериментальные исследования по обнаружению неподвижных наземных целей на действующем макете БРЛС «Гроза-40М».
В отчете по НИР «Копирка-ПО-1», этап 1 [11], автором предложен алгоритм оценки поляризационно - статистических параметров отражений от земной поверхности.
В отчете о НИР «Копирка-ПО-1», этап 2 [12], определен подход к обоснованию требований к техническим характеристикам измерителей поляризационных векторов рассеяния с учетом параметров приемо - передающих трактов и устройств цифровой обработки информации.
В [13] автором предложена блок - схема алгоритма функционирования радиолокационного комплекса для измерения поляризационных векторов рассеяния радиолокационных объектов.
В [14] автором предложено решающее правило обнаружения неподвижной цели на фоне ПП, приведены результаты экспериментальной проверки решающего правила с использованием действующего макета радиолокационной системы с полным поляризационным зондированием, созданной на
базе бортового метеонавигационного радиолокатора гражданской авиации «Гроза~40М».
В [15] автором оценена возможность использования закономерностей локализации распределений многомерных радиолокационных сигналов для обнаружения раздельно не разрешаемых целей на фоне пассивных отражателей в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием.
В [16] автором предложен подход к построению алгоритмов обнаружения целей на фоне пассивных помех.
В [17] автором обоснованы требования к техническим характеристикам устройств радиолокационных систем с полным поляризационным зондированием.
Похожие диссертации на Разработка алгоритмов принятия решений об обнаружении целей на фоне подстилающей поверхности в однопозиционных радиолокационных системах с поляризационной обработкой информации
