Введение к работе
Формулировка проблемы и ее актуальность
В последние годы во всем мире интенсивно развиваются
различные методы изучения окружающей среды, среди которых
наиболее важное значение приобрели методы дистанционного
зондирования. Развитие этих методов стимулируется все
ухудшающейся экологической обстановкой в мире, необходимостью
решения различных геологических, геофизических,
гидрофизических и других задач. Кроме того, большое значение
приобретают задачи изучения лесных массивов,
сельскохозяйственных угодий, поверхности Мирового океана, морей, рек и озер, горных массивов и т.д. Изучение перечисленных поверхностей и других необходимо для решения самых различных задач, к которым относятся:
предупреждение и обнаружение лесных пожаров;
оценка толщины и состояния снежного покрова;
идентификация и классификация сельскохозяйственных угодий, оценка их состояния в динамике развития;
оценка толщины и состояния ледового покрова как на суше, так и на морской акватории;
определение мест загрязнения морских и речных акваторий и т.д.;
- оценка возможности посадки и взлета воздушного судна (ВС)
ча поверхности, специально не оборудованные для этих целей
"санитарная авиация, авиация для выполнения
:ельскохозяйственных работ, полярная авиация, пожарная авиация и
'.д.).
Решение задачи по определению параметров подстилающих покровов, поверхности моря и атмосферы возможно с помощью активных радиолокаторов, использующих данные об отражаемости на различных поляризациях, способных анализировать статистическую структуру отраженных сигналов.
В процессе использования радиолокационная система дистанционного зондирования (РСДЗ) принимает отраженный от цели сигнал и по результатам анализа его параметров выносит решение о типе зондируемого объекта и его электрофизических свойствах.
Информация, получаемая в процессе дистанционного зондирования в требуемой форме передается потребителю: в виде карты зондируемого района, в виде средних и суммарных оценок интересующего параметра зондируемого объекта, в виде сообщения о наличии или отсутствии интересующего объекта с заданными электрофизическими свойствами.
В сложных географических районах применение РСДЗ усложняется отсутствием ориентиров и радиотехнических средств, позволяющих выполнить точную координатную привязку ВС, несущего РСДЗ, и передачу информации.
Эффективность применения РСДЗ зависит от характера использования получаемой в процессе зондирования информации. Этим же определяется и структура РСДЗ, которая в различных случаях может включать подсистемы измерений, координатной привязки и передачи информации. Эффективность выполнения поставленной перед РСДЗ задачи зависит от эффективности выполнения задач каждой подсистемой в отдельности.
Учитывая высокую стоимость создания и применения РСДЗ, их использование оправдано в том случае, если возможно получение
соответствующего эффекта - экономического, научного или социального характера. Поэтому повышение эффективности использования систем радиолокационного дистанционного зондирования является актуальной научной проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.
Целью работы является повышение эффективности использования радиолокационных систем дистанционного зондирования в сложных географических районах.
Для достижения указанной цели потребовалось:
классифицировать задачи радиолокационного дистанционного зондирования с точки зрения использования информации, получаемой при зондировании;
сформулировать показатели разделимости классов сигналов радиозондирования и обосновать возможность их использования для повышения эффективности радиолокационных систем дистанционного зондирования;
определить методы повышения эффективности классификации зондируемых объектов;
определить методы обеспечения и повышения эффективности координатной привязки РСДЗ в сложных географических районах.
Методы исследования:
Исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, теории статистических решений, статистической радиотехники, теории радиолокации и радионавигации, а также с использованием статистического моделирования.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Классификация задач радиолокационного дистанционного зондирования с точки зрения использования информации, получаемой при зондировании.
-
Показатели эффективности решения задач радиолокационного дистанционного зондирования.
-
Обоснование показателя эффективности классификации сигналов радиозондирования - среднего количества информации по Кульбаку, содержащейся в параметрах принимаемого радиолокационного сигнала.
-
Аналитические соотношения, связывающие среднее количество информации по Кульбаку и параметры распределений при нормальном и при негауссовских распределениях параметров радиолокационных сигналов в одномерном и многомерном случаях.
-
Условия, обеспечивающие эффективное использование РСДЗ с точки зрения выбора той или иной аппроксимации экспериментальных данных.
-
Установление монотонности зависимости между средним количеством информации по Кульбаку, содержащейся в параметрах радиолокационного сигнала, и вероятностями ошибок классификации сигналов.
-
Условия, при которых вероятности ошибок классификации радиолокационных сигналов и среднее количество информации по Кульбаку, содержащейся в параметрах сигнала, достигают экстремальных значений.
-
Синтез алгоритмов расчета координат воздушного судна в полярных районах по результатом многопозициониого радиопеленгования.
-
Методики прогнозирования полей триангуляции, пеленгации и радиосвязи многопозиционных радиопеленгационных систем и позиций при их размещении на местности.
; Научная новизна работы заключается в том, что в ней
впервые:
-
Для предложенной классификации задач радиолокационного дистанционного зондирования определены показатели эффективности их решения.
-
Обоснована возможность использования среднего количества информации по Кульбаку, содержащейся в параметрах радиолокационного сигнала, в качестве показателя эффективности классификации сигналов радиозондирования.
-
Установлена монотонная связь между средним количеством информации по Кульбаку, содержащемся в параметрах радиолокационного сигнала, и вероятностями ошибок классификации сигналов радиозондирования.
-
Получены аналитические соотношения для расчета среднего количества информации, содержащейся в параметрах радиолокационного сигнала, при
і негауссовских законах их распределения.
5. Построены двух и трехмерные зависимости среднего
количества информации по Кульбаку от параметров
распределения параметров радиолокационного сигнала.
-
Определены условия, при которых вероятности ошибок классификации и количество информации по Кульбаку достигают экстремальных значений.
-
Получены аналитические зависимости и построены соответствующие графики потерь информации при искажении параметров сигналов радиозондирования. Определены условия, при которых предпочтительно использовать тот или иной закон распределения для аппроксимации экспериментальных данных.
-
Синтезированы алгоритмы определения координат воздушного судна в полярных районах по результатам многопозиционного пеленгования.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
-
Проводить оценку эффективности использования радиолокационных систем дистанционного зондирования при решении задач картирования, измерения средних и суммарных характеристик и обнаружения объектов с заданными электрофизическими свойствами.
-
Проводить анализ и разрабатывать методы повышения эффективности классификации зондируемых объектов с использованием аналитического аппарата - среднего количества информации по Кульбаку, содержащейся в параметрах классифицируемых сигналов при нормальном и негауссовских законах их распределения.
-
Определять вероятность ошибок классификации сигналов по известным значениям параметров распределений
анализируемых параметров сигналов радиозондирования и количеству содержащейся в них информации. 4. Прогнозировать зоны триангуляции, пеленгации и радиосвязи многопозициошшх радиопеленгационных систем и позиций при их размещении на местности.
Реализация работы.
Проведенные в диссертационной. работе исследования отражены в научно-исследовательских работах, выполненных в Московском государственном техническом университете гражданской авиации с 1984 по 1997 г. по техническим заданиям Федеральной авиационной службы, Росаэронавигации, ГосНИИ "Аэронавигация", научно-исследовательских и производственных предприятий РФ и во внедрении в организациях гражданской авиации, о чем имеются соответствующие акты внедрения.
Основные результаты работы внедрены в:
Методики и программное обеспечение прогнозирования
эффективности размещения радиотехнических систем на местности,
утвержденные Федеральной авиацшйшой службой,
Росаэронавигацией, ГосНИИ "Аэронавигация", а также в учебном процессе в МГТУ ГА в лекционных курсах и в 3 учебных пособиях.
Достоверность результатов основана на корректном применении методов математической статистики, теории информации, теории статистических решений, теории радиолокации и радионавигации, а также на корректном использовании методов статистического моделирования на ЭВМ, и на экспериментальных результатах, полученных в ходе государственных испытаний
радиопелєнгационной системы "Нива" и ДКМВ пеленгаторов в Антарктиде.
Апробация работы.
Основные результаты были доложены и одобрены на научно-технических семинарах МГТУ ГА (МИИГА), ГосНИИ "Аэронавигация", на международных, всесоюзных и внутривузовских научно-технических конференциях МГТУ ГА (МИИГА) в 1985, 1998, на всесоюзных научно-технических конференциях "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов", (Киев, КНИГА, 1988), "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов", (Киев, КИИГА, 1989), научно-технической конференции молодых специалистов "Формирование и обработка радиотехнических сигналов", (Черноголовка, 1993), Международной научно-технической конференции 1995 SBMO/IEEE (Бразилия, Рио де Жанейро, 1995), Международной научно-технической конференции ІСЕАА 95 (Италия, Турин, 1995).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, в том числе 3 учебных пособия и одно авторское свидетельство.
Структура и объем работы.
