Введение к работе
Актуальность темы. Функционирование современных радиоэлектронных систем извлечения информации характеризуется условиями сложного информационного и радиоэлектронного конфликта, которые нередко далеки от чисто стохастических, отличаются нестационарностью, нечеткостью, высокой динамикой. Характерен рост сложности подобных систем за счет всё большей тенденции к их интегрированию, совершенствованию способов радиоэлектронной защиты и алгоритмов обработки информации, увеличению количества структурных элементов и связей. С учетом этого актуальной остается задача поиска и использования способов повышения эффективности обработки сигналов в радиосистемах, а также изыскание возможностей создания многофункциональных устройств и алгоритмов на относительно однородной базовой структуре.
Важную специфическую группу в системах извлечения информации составляют средства радиомониторинга, широко применяемые в самых различных областях. Анализ работ ведущих специалистов в области проектирования подобных средств свидетельствует о том, что их успешное применение в значительной степени зависит не только от содержания алгоритмов функционирования систем радиомониторинга, но и от технических характеристик, реализованных в них подсистем первичной обработки информации (ПОИ), несущих основную функциональную нагрузку по добыванию сведений об объектах мониторинга. При этом основными техническими характеристиками подсистем ПОИ являются время выполнения процедур поиска и обнаружения сигналов, оценка их параметров и принятия решения, а также точность и достоверность извлекаемой в ходе этих процедур информации. Принципиальные ограничения по цифровой обработке сигналов в реальном времени обусловлены конечным быстродействием выполнения арифметических операций базового набора, на реализацию которых приходятся основные временные затраты.
Улучшение показателей эффективности решаемых средствами радиомониторинга задач может быть достигнуто за счет использования в алгоритмах ПОИ операций пересечение и объединение, позволяющих получить однородные по составу алгоритмические структуры, реализующие многообразие функциональных преобразований при исключении операции умножения, что приводит к снижению вычислительных затрат. При решении задач обнаружения, измерения, различения и идентификации сигналов алгоритмы, основанные на операциях пересечения и объединения, способны в силу наличия нелинейных свойств удерживать информационные характеристики и показатели качества в заданных пределах при значительных изменениях условий функционирования средств радиомониторинга.
Целью работы является расширение возможностей и повышение эффективности средств радиомониторинга за счет реализации моделей и
алгоритмов на основе применения процедур безмультипликативной обработки.
Для достижения цели необходимо решение следующих научных задач:
-
Обосновать возможность и целесообразность применения процедуры пересечения в задачах спектрального и вейвлет анализа, а также цифровой фильтрации, с целью сокращения вычислительных затрат.
-
Разработать способ повышения разрешающей способности и помехоустойчивости импульсных сигналов на основе модифицированного вейвлет-преобразования при использовании вейвлета Морле и процедуры пересечения.
-
Разработать модели и алгоритмические схемы пеленгаторов на основе совместного использования процедур пересечения и объединения, позволяющих при небольших размерах антенны определять местоположение источника радиоизлучения (ИРИ) с требуемой точностью.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы математического моделирования, теории вероятности и статистической радиотехники, теории обнаружения сигналов, цифровой обработки сигналов. Для проведения расчетов применялся пакет программ MathCAD 11.
Научная новизна. При выполнении диссертационного исследования получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Новые математические модели и методические рекомендации, определяющие возможность применения процедуры пересечения в алгоритмах спектрального и вейвлет анализа, а также цифровой фильтрации.
-
Способ фильтрации сигнала на основе использования процедуры пересечения, обеспечивающий исключение приёма вне основной полосы пропускания фильтра и регулировку полосы в широких пределах.
-
Способ повышения разрешающей способности и помехоустойчивости импульсных сигналов, основанный на использовании процедуры пересечения в прямом вейвлет-преобразовании на основе вейвлета Морле.
-
Модели и алгоритмические схемы пеленгаторов на основе совместного применения процедуры пересечения и объединения, позволяющие определить местоположение источников радиоизлучений при небольших размерах антенны с достаточно высокой точностью.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности применения разработанных алгоритмов спектрального и вейвлет анализа, цифровой фильтрации и алгоритмических схем радиопеленгаторов на основе процедур пересечения и объединения при проектировании средств радиомониторинга и реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов.
Достоверность научных результатов. Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается корректным использованием основных положений и методов теорий: вероятности, статистической радио-
техники, обнаружения и цифровой обработки сигналов, использованием современных методов математического моделирования при реализации алгоритмов и схем обработки сигналов на основе безмультипликативных процедур.
Реализация и внедрение результатов работы. Модели и алгоритмические схемы обработки сигналов в радиопеленгаторах использованы при разработке макетов пеленгаторов в интересах решения задачи выявления и локализации специальных электронных устройств перехвата информации (НИР шифр «Лесогорье», заказчик - начальник войск РЭБ ВС РФ).
Математические модели спектрального и вейвлет анализа, а также цифровой фильтрации использованы при обосновании технического облика и требований к системе радиомониторинга пространственно-распределенной системы радиоподавления (ОКР шифр «Радиология», заказчик - Минпромторг России).
На защиту выносятся:
-
Математические модели и методические рекомендации, определяющие возможность применения процедуры пересечения в задачах спектрального и вейвлет анализа, а также цифровой фильтрации с целью сокращения вычислительных затрат при обработке радиотехнических сигналов.
-
Способ фильтрации сигнала с исключением внеполосного приема.
-
Способ повышения разрешающей способности и помехоустойчивости импульсного сигнала при использовании прямого вейвлет-преобразования на основе вейвлета Морле и процедуры пересечения.
-
Модели и алгоритмические схемы пеленгаторов на основе совместного использования процедур пересечения и объединения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Международной молодежной научной конференции «Гага-ринские чтения - XXXVI» (Москва, 2010); XII Всероссийской НІЖ «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения» (Ярославль, 2011); Всероссийской выставке «Диверсификация ОПК» (Москва, 2011); Всероссийской НПК «Современные проблемы и перспективные направления развития авиационных комплексов и систем военного назначения, форм» (Воронеж, 2012); Международном салоне промышленной собственности «Архимед - 2012» (Москва, 2012); XIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2013), XIX Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 научные работы, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, выполненных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, автором лично выполнены: в [1, 14] - моделирование алгоритмов обнаружения, измерения, определения местоположения ИРИ, реализо-
ванных в средствах радиомониторинга; в [2] - численные оценки показателей функционирования ботовых радиоэлектронных средств; в [4] - анализ методов формирования сигналов и помех; в [10, 12] - синтез и исследование помехоустойчивых алгоритмических схем; в [13, 15] - численная оценка способа исключения внеполосного приема; в [7, 8, 11, 23] - расчет способа обработки импульсного сигнала и импульсно-временного кода; в [3, 9, 16, 17, 18, 19] - расчет точностных характеристик пеленгаторов и построение моделей; в [20, 21, 22, 23] - расчет показателей качества радиотехнических схем на основе применения процедур безмультипликативной обработки.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований. Основная часть работы изложена на 166 страницах, содержит 116 рисунков и 1 таблицу.
