Введение к работе
Актуальность темы
В связи с увеличением интенсивности воздушного движения и скоростей воздушных судов (ВС) требования, предъявляемые к системам управления воздушным движением (УВД), становятся всё более сложными и разнообразными. На современном этапе развития автоматизированных систем (АС) УВД первостепенное значение приобретает проблема повышения качества радиолокационной информации радиолокационных станций (РЛС) УВД, что во многом определяется эффективностью выделения полезных сигналов, отраженных от ВС, на фоне помех и шумов.
В отсутствие надежных априорных сведений о параметрах полезного сигнала и помех возникает задача разработки и использования в РЛС УВД адаптивных устройств обработки, автоматически оценивающих параметры помех и перестраивающих свои характеристики с целью максимального их подавления и выделения сигналов, отраженных от ВС. В последние годы усилилась тенденция к созданию автоматизированных радиолокационных систем с применением методов цифровой обработки сигналов, обеспечивающих высокую стабильность, надежность, унификацию аппаратуры, а также широкие возможности по адаптивной перестройке параметров. Следовательно, разработка адаптивных устройств обработки радиолокационных сигналов и исследование путей повышения их эффективности является актуальной задачей.
Вопросам оптимальной обработки радиолокационных сигналов посвящено большое количество книг и статей. Несмотря на ряд работ вопросы построения устройств оценки параметров сигналов и помех, разработки алгоритмов управления, а также создания адаптивных цифровых устройств (АЦУ) и аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ), обеспечивающих адаптивную обработку радиолокационных сигналов с целью улучшения отношения сигнал/помеха плюс шум и наиболее эффективного определения местоположения ВС, исследованы недостаточно полно. Поэтому для реализации потенциальных возможностей необходимо провести теоретические и экспериментальные исследования различных способов построения АЦУ и АПОИ с учетом типа и структуры ее составных частей, методов обработки, условий работы и специфики аппаратной реализации.
Актуальность проблемы определяется возрастающими потребностями совершенствования устройств обработки сі ''"^^Й^ЙЙгма^''^'
отсутствием
$1&1і%
іривяальньїх возможностей удовлетворения этих потребностей без глубоких теоретических исследований, а также необходимостью решения отмеченных выше -задач, связанных с Государственными программами в области развития ср*»пств управления воздушным движением и обработки данных: Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 годы)» в части подпрограммы «Единая система организации воздушного движения» (ЕС ОрВД) и др.
Диссертационная работа тесно связана с научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, проводимыми в Академии гражданской авиации, ЗАО «ПРИОР» и ООО «Северный радиозавод» в рамках указанных программ по разработке и внедрению в серийное производство радиолокационных средств УВД и средств обработки радиолокационной информации.
Научно-обоснованные технические решения, представленные в данной работе, формулируются следующим образом: разработка, исследование и реализация методов и устройств обработки радиолокационных сигналов, учитывающих специфические особенности функционирования РЛС АС УВД, требования физической и технической реализуемости, а также результаты математического моделирования и экспериментальных исследований при обеспечении соответствия метрологическим критериям оценки качества.
Цель данной работы заключается в разработке, совершенствовании и реализации методов и цифровых устройств адаптивной обработки радиолокационных сигналов, обеспечивающих повышение эффективности определения местоположения воздушных судов РЛС систем УВД.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих основных задач:
-
Анализ проблемы и перспективы повышения эффективности радиолокационного наблюдения в автоматизированных системах УВД.
-
Разработка и исследование методов построения адаптивных цифровых устройств (АЦУ) обработки радиолокационных сигналов.
-
Оптимизация перестраиваемых комплексных цифровых фильтров (ЦФ) АЦУ, обеспечивающих необходимое улучшение отношения сигнал/пассивная
помеха,
J» ,
м> ».*' *».>.« . w "'*
***'!}*«(><*<« I ,
- А ' 1
-
Анализ и синтез подоптимальных ЦФ, обеспечивающих эффективность подавления пассивных помех и выделения полезных сигналов близкую к оптимальной.
-
Разработка и исследование алгоритмов первичной обработки информации, приводящих к повышению помехозащищенности и эффективности определения местоположения ВС.
-
Анализ и синтез алгоритмов первичной обработки информации.
-
Оценка эффективности подавления помех в РЛС УВД с оптимальными и подоптимальными устройствами обработки радиолокационных сигналов.
8. Аппаратная реализация, экспериментальные исследования и проверка эффективности разработанных методов и устройств.
9 Внедрение и штатная эксплуатация АЦУ и АПОИ в составе действующих и новых РЛС УВД
Методы исследований
Теоретические и экспериментальные исследования в работе выполнены с применением современных математических методов исследования радиотехнических устройств и систем.
Для решения поставленных задач использовались методы статистической
теории обнаружения и оценки параметров сигналов, теории цифровых фильтров,
теории матриц. Применено векторно-матричное представление
радиолокационных сигналов. Использованы положения теории
непараметрических статистик, а также теорий распознавания образов, искусственного интеллекта и ситуационного управления
В работе использован комплексный подход к решению задач, предполагающий в теоретическом плане получение и применение аналитических зависимостей, а в практическом - математическое моделирование на ЭВМ, изготовление и испытание опытных образцов АЦУ и АПОИ в составе РЛС УВД.
На защиту выносятся обладающие научной новизной следующие основные положения:
1 Новый подход к вопросу обработки радиолокационной информации с целью повышения эффективности определения местоположения воздушных судов в системах УВД, основанный на рассмотрении параметров не только отдельных входящих устройств, но и всей системы «РЛС - Окружающее пространство -Цель». 2. Методы оптимизации комплексных ЦФ АЦУ и АПОИ.
3 Способы построения подоптимальных комплексных ЦФ АЦУ и АПОИ, обеспечивающие при минимальных аппаратных затратах эффективность, близкую к оптимальной.
4. Алгоритмы автоматической оценки параметров помех и шумов
-
Структурные схемы оптимальных и подоптимальных ЦФ АЦУ и АПри
-
Принципы построения цифровых карт параметров отражений от местных предметов и гидрометеоров.
7. Практическая реализация и результаты экспериментальных полигонных исследований и Государственных испытаний опытных и серийных образцов АЦУ и АПОИ в составе РЛС УВД
Достоверность научных положений, полученных результатов и выводов базируется на применении адекватного математического аппарата и подтверждается результатами статистического моделирования и практического использования.
Практическая ценность работы
При создании АС УВД предъявляются повышенные требования к характеристикам источников радиолокационной информации (максимальная вероятность правильного обнаружения, минимальная вероятность ложных тревог, высокие разрешающая способность и точность определения координат ВС) Только при выполнении этих требований можно обеспечить необходимую надежность, безопасность и высокую пропускную способность системы УВД
Однако к началу 90-х годов на территории России и стран СНГ большинство РЛС не было оснащено аппаратурой обработки информации с необходимыми характеристиками, что делало невозможным их использование в АС УВД.
Применение нового подхода к вопросу обработки радиолокационной информации и реализация предложенных алгоритмов позволили разработать аппаратуру, которая обеспечила сопряжение РЛС прежних выпусков с современными автоматизированными* системами УВД
Математические модели разработанных устройств доведены до передаточных функций типовых звеньев и разностных уравнений при выполнении условий физической реализуемости и непосредственно использованы в ходе технического и рабочего проектирования реальных устройств. Синтезированные алгоритмы обработки и сопутствующее математическое обеспечение подготовлены и использованы при разработке соответствующего программного обеспечения и аппаратуры.
Апробация работы. Научные результаты работы докладывались и обсуждались на VIII Всесоюзной научно-технической конференции (г. Ленинград, ВНИИРА, 1981г), XXXVIII Областной научно-технической конференции НТО РЭС им. А.С. Попова (г Ленинград, 1983г), IX Всесоюзной научно-технической конференции (г Ленинград, ВНИИРА, 1983 г), I Всесоюзной научно-технической конференции НПП «Фазотрон" (г Москва, 1990 г), VII Всесоюзной научно-технической конференции (г Киев, КВЗРИУ, 1990 г), XI! межвузовской научно-технической конференции (С-Пб: ВМИРЭ, 2001), VII Международной научно-технической конференции «DSPA-2005» (г. Москва, 2005г.).
Практическая реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены в ряде ОКР, выполненных в ЗАО «Приор», ОАО «ВНИИРА» и ООО «Северный радиозавод». В частности, серийные образцы АПОИ «Приор» имеют Государственный сертификат, внедрены и находятся в штатной эксплуатации в составе следующих радиолокационных комплексов УВД, установленных на более чем 100 объектах России и стран СНГ Экран-85, Иртыш, ДРЛ7СМ, ТРЛК-10, ТРЛК11, 1РЛ139, 1Л118, ВРЛ Корень-АС, Радуга и Амур Результаты работы внедрены в опытном образце АРЛК «Урал»
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 19 печатных работах Разработанные технические решения защищены 1 авторским свидетельством
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 75 наименований, 4 приложений, всего 210 страниц текста, 68 рисунков и 4 таблицы.
