Введение к работе
Актуальность темы. Развитие авиации и расширение сферы ее применения для решения народно-хозяйственных и других задач приводит к увеличению интенсивности полетов. Все это при постоянном наращивании динамических характеристик летательных аппаратов и расширении их функций при решении задач нового вида требует постоянного совершенствования систем управления наземным и воздушным движением (УВД и УВД). Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием радиотехнических систем (РТС)
J од h J гід Ви поел С'іропал С ршішіиіі апТ\луалОПОуіпип Сиьхе-МОЙ.
Уровень технического совершенства РТС УВД и УВД, их эффективность, а значит и высокая результативность использования воздушного транспорта во многом определяется возможностями и эксплуатационными характеристиками РТС, используемых для информационного обеспечения систем управления наземным и воздушным движением.
В настоящее время в радиотехнических системах УНД основным средством, обеспечивающим безопасность движения наземных транспортных средств в зоне аэродрома в' условиях плохой видимости является радиолокатор обзора летного поля (ОЛП), обладающий низкой вероятностью обнаружения малоразмерных объектов (MHO), к которым относятся на летном поле автомобили и гусеничная техника, из-за мощных переотрзжений от местных объектов и подстилающей поверхности. Это является одним из важнейших ограничений интенсивности движения транспортных средств в зоне аэродрома, а, следовательно, и интенсивности движения воздушных судов. В этой связи представляет интерес поиск новых методов максимального извлечения полезной информации из принимаемых сигналов РТС обзора летного поля и повышения различимости полезного сигнала на цхзне мешающих отражении.
/чНЗЛИЗ pSuux ОхЄчЄСхЗЄНКьіХ й SSp'y'uSmKHX SBTupGB ПОКаЗЫВа-
Єх, что характеристики обнаружения шїО могут быть улучшены применением методов поляризационной селекции (ПС).
Основным преимуществом применения устройств ПС наземных
целей, появляющихся в зоне обзора РТС ОЛП, является то, что
иии па ъутпчпы r\ ралуриу n Слиуиитп Оисеїмип. счл±іеп,і"айпии.і'.в ИХ ПрИМеНеНИЯ 0ПрЄДЄЛЯЄЇСЯ Б ОСНОВНОМ роЗЛИЧИЯмИ В ПОЛЯрйЗаЦИ-
онкых характеристиках (ПХ) целей, местных предметов (мГІ) и подстилающей поверхности (ІШ) .
Однако, отсутствие достаточного экспериментального материала относительно ПХ полезных сигналов и мешающих отражений, отрывочность сведений и недостаточный анализ эффективности существующих методов поляризационной селекции не позволили синтезировать алгоритм,оптимальный с точки зрения повышения отношение сигнал / помеха (ОСП).
В связи с этим актуальной является задача создания всепогодных РТС мм - диапазона для автоматизированных систем управления наземным движением, эффективность которых может быть повышена разработкой совокупности методов и устройств адаптивной поляризационной селекции целей.
Цель работы. В соответствии с выше изложенным целью работы является повышение эффективности селекции малоподвижных и неподвижных наземных объектов на фоне местных предметов и подстилающей поверхности при использовании различий в поляризационной структуре отраженных от них сигналов.
Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:
-
Экспериментального исследования отражающих свойств и поляризационных характеристик малоразмерных наземных ОиЪектоБ и местности в мм - диапазоне волн при различных поляризационных режимах на излучение и прием.
-
Синтеза алгоритмов адаптивной поляризационной селекции и разработки оптимальной структуры устройства ПС сигналов при использовании антенной системы с полным поляризационным сканированием (ППС) и полного поляризационного приема.
-
Анализа существующих алгоритмов адаптивной поляризационной фильтрации сигналов и синтеза оптимального поляризационного фильтра (ПФ) для выделения неизвестного сигнала на фоне нескольких источников помех с различными ПХ.
-
Разработки процессорных операторов, реализующих алгоритм адаптивной поляризационной селекции и анализа их эффективности методом физико-математического моделирования (ФММ).
-
Исследования возможностей реализации устройств адаптивной поляризационной фильтрации программными средствами и оценка ее эффективности методом ФмМ.
-
Разработки устройств селекции целей с использованием
аиллуивацпипиыл оі±\уег.іии и ^егьимеидацип ни ііілзлхичеиплллу иуп~
менению поляризационной селекции в перспективных РТС ОЛП.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
-
Проведено экспериментальное исследование отражающих свойств целей и ПП в К и К-4 диапазонах волн. Получена совокупность ПХ для широкого класса целей и источников мешающих отражений (МО), на основе которых проведен анализ различий в их поляризационной структуре.
-
Оценены потенциальные возможности селекции MHO по поляризационным признакам. Определены зависимости эффективности поляризационной селекции от ракурса объекта, вида поляризационного базиса (ПБ) и алгоритма селекции.
-
Синтезированы алгоритмы адаптивной Пи при изменении ПХ приемной антенны, оценена их эффективность и предложена структура устройства адаптивной ПС с полным поляризационным сканированием.
-
Разработана антенная система, позволяющая реализовать режим ППС в К-диапазоне.
-
Синтезированы устройства адаптивной поляризационной фильтрации в различных условиях помєхоеой обстановки, учитывающие амплитуды и фазы подавляемых сигналов.
-
Разработан алгоритм линейного преобразования ортогонально поляризованных компонент (ОПК) сигналов, позволяющий совместить математическое ожидание ПХ помехи с центром зоны режекции ПФ с фиксированными ПХ. Синтезирован алгоритм нелинейного преобразования ОПК, обеспечивающий требуемый коэффициент' подавление помехи в области поляризационного пространства, значительно превышающей величину зоны режекции іш. па их основе предложена схема устройства фильтрации неизвестного сигнала от цели на фоне отражении от нескольких источников помех с различными ПХ.
-
Проведен анализ эффективности устройств адаптивной ПС и ПФ методом физико-математического моделирования для экспери-
ментальных данных, полученных в мм - диапазоне волн.
8. Разработана структура поляризационного фильтра, ОТЛИЧа-
ЮЩаЯСЯ ОТ ИЗВеСТНЫХ иОЛ5 ПрОСТОИ хсХНИчсСКиИ рёаЛИЗаЦИеИ, 0П_
ределены его основные параметры и приведена оценка влияния на
апл. uiwicnn nejinneionuuin фігишх^а її ііл. иидоаллемвіл и*ипсиіии.
9. Синтезирована обобщенная структурная схема устройства
адаптивной селекции для перспективных РТС ОШ, позволяющая
осуществлять селекцию MHO по поляризационным признакам, не
снижая эффективности штатных средств СДЦ.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
-
Получена совокупность экспериментальных данных по отражающим свойствам наземных объектов, местных предметов и подстилающей поверхности, позволяющих проводить синтез и анализ устройств поляризационной селекции для РТС различного назначения.
-
Разработаны методы и устройства адаптивной поляризационной селекции, позволяющие улучшить характеристики обнаружения малоподвижных и неподвижных наземных целей на фоне поверхности земли.
На защиту выносятся следующие вопросы, составляющие основу научно-технической задачи:
1. Методика и результаты экспериментальных исследовании деполяризующих свойств целей и местных предметов з мм - диапазоне волн.
с. методика и результаты определения структурных параметров цели, характеризующих положение собственных и нулевых поляризаций в поляризационном пространстве.
-
Алгоритмы адаптивной поляризационной селекции, использующие адаптацию ПХ антенной'системы на передачу и прием, а также анализ их эффективности.
-
Структура антенной системы, позволяющая реализовать ре- . жим ППС в К-диапазоне при приеме отраженного сигнала в ортогональном линейном ПБ.
-
Алгоритмы линейного и нелинейного преобразования ОПК и структурная схема устройства адаптивной поляризационной фильтрации сигнала с неизвестными ПХ ка фоке нескольких источников ти, имеющих различную поляризационную структуру.
-
Структура и расчет основных характеристик однорежектор-
ного ПФ. Методика синтеза многорежекторного ПФ, позволяющая снизить аппаратные затраты на его реализацию по сравнению с существующими.
7. Варианты построения устройств селекции движущихся и неподвижных МКО для перспективных РТС ОШІ.
Достоверность результатов диссертационной работы определяется следующими факторами:
і. о ОСКОБЄ йССЛЄДОБНКИИ, ПрОБеДЄККЬК Б pSuGTS, ЛеЖаТ ХОРОШО апробированные ранее положения теории радиотехнических систем и электромагнитной теории колебаний. Обработка экспериментальных данных и сопоставление их с теоретическими базируется на методах математической статистики.
Результаты сопоставления характеризуются хорошим качественным и количественным соответствием, а также с оценками других авторов.
2. Правильность основных положений, а также возможность практической реализации алгоритмов поляризационной селекщш целей проверялась в лабораторных и натурных условиях.
Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждались на научно-технических конференциях Тульского ВАИУ (1993,1995 г.), ПВАИУ (г.Пенза,1995 г.), Тульского ГТУ (1992 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глзз, заклкзчсння и списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 168 стр., и включает 69 рисунков, 9 таблиц, список литературы содержит 101 наименование.
