Алгоритмы многопараметрической обработки сигналов атмосфериков в спектральном базисе Фурье

• Автор: Орлов, Вячеслав Викторович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 150 с. : ил.

1 Методы и алгоритмы обработки сигналов атмосфериков
1.1 Вводные замечания
1.2 Основные свойства грозовых разрядов
1.3 Модели сигналов атмосфериков
1.4 Методы обработки сигналов атмосфериков
1.5 Статистические методы обнаружения и оценивания параметров сигналов
1.6 Постановка задач диссертационного исследования
1.7 Выводы
2 Оптимальная обработка сигналов атмосфериков в базисе Фурье
2.1 Вводные замечания
2.2 Разработка математической модели сигналов атмосфериков
2.3 Синтез алгоритма многопараметрической обработки сигналов атмосфериков
2.4 Методика анализа алгоритма обнаружения сигналов атмосфериков
2.5 Анализ алгоритма многопараметрического оценивания сигналов атмосфериков
2.6 Исследование влияния границ частотного диапазона на погрешность оценивания параметров сигналов атмосфериков
2.7 Выводы
3 Обработка сигналов атмосфериков в условиях статистической априорной неопределенности
3.1 Вводные замечания
3.2 Алгоритм адаптации при многопараметрическом оценивании сигналов атмосфериков на фоне помех
3.3 Инвариантное обнаружение сигналов атмосфериков

3.4 Реализация алгоритмов обработки сигналов атмосфериков на базе цифровых сигнальных процессоров
3.5 Выводы
4 Экспериментальное исследование алгоритмов обработки сигналов
атмосфериков
4.1 Вводные замечания
4.2 Описание экспериментальной установки
4.3 Экспериментальное определение распределения значений токового момента грозовых разрядов
4.4 Исследование эффективности алгоритмов оценивания дальности до грозовых разрядов
4.5 Оценивание параметров сигналов атмосфериков на основе экспериментально полученных данных
4.6 Исследование эффективности алгоритма адаптации при оценивании на фоне помех
4.7 Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложения
Приложение А. Список сокращений и условных обозначений
Приложение В. Расчеты для анализа алгоритма многопараметрического
оценивания сигналов атмосфериков
Приложение С. Акты о внедрении результатов диссертационной
работы

Актуальность темы. Атмосферики - электромагнитное излучение грозовых разрядов (ГР) - являются представителями класса импульсных сигналов природного происхождения. Радиотехнические устройства (РТУ) обработки сигналов атмосфериков (СА) находят широкое применение на транспортных, взрывоопасных и пожароопасных объектах для предупреждения грозовой опасности, а также в целях экологического мониторинга. Ряд отраслей хозяйства, такие как энергетика, нефте- и газоперерабатывающая промышленность, наливные терминалы, склады взрывоопасных и пожароопасных средств, лесное хозяйство, службы экологического мониторинга и транспорта являются потребителями РТУ оперативного обнаружения и оценивания параметров СА.
Проблеме обработки С А посвящены работы И.И. Кононова [1-5], В.Д. Степаненко [6, 7], С.М. Гальперина [3, 6-9], Н.А. Файзулина [10, 11], М.С. Александрова [12-14], В.А. Епанечникова [12, 15, 16], Ю.Н. Паршина [17-23], М.А. Юмана [24], Е.П. Крайдера [24], Д.Е. Проктора [25] и других ученых. В известных работах наиболее остро ставится вопрос об оценивании дальности до ГР.
Обработка СА затрудняется неопределенностью формы и неизвестными моменты появления сигналов. Для решения данной задачи используются мно-гопунктовые и однопунктовые, активные и пассивные, алгоритмы ближней и дальней зон и т.д. Однако, известные алгоритмы не учитывают в комплексе неопределенность формы СА, различия облачных (ОГР) и ГР облако-Земля (03), их протяженность в пространстве, высоту точки наблюдения (ТН) и наличие шумов.
Неопределенность формы сигналов, наличие шумов и помех в сверхнизкочастотном диапазоне являются одними из отличительных особенностей задач обработки СА, решаемых методами статистической радиотехники. Методы статистической обработки сигналов во временном и спектральных базисах нашли отражение и развитие в работах отечественных и зарубежных ученых:

тс)=^—(°2 ~~ (Хп + ІУп ). п = Ы,
(2.10)
где ^(оо„) - дискретный спектр мощности (СМ) токового момента ГР, включающий информацию о длине линейного разряда, полученный усреднением по
ансамблю реализаций выборочных СМ ^/я(у'(0„)т(/юи) [39]:
й^(а)„)= Нт —м|ш(усои)/и(уо)и) } , %п и \>п - нормальные нормированные
N->00 N
независимые СВ: М{х„}=0, М{|/„}=0, В{%п} = 1, 0{|/„}=1.
2.3 Синтез алгоритма многопараметрической обработки сигналов атмосфериков
Электрическое и магнитное векторные поля в ТН преобразуются в реализацию обрабатываемого сигнала с помощью датчиков поля и последующего БПФ:
у0'юи) = |Ь(/®и)э' = 1,.-,б||Т = 08(/©и,Р)+Е(/ши), и = 1,(2Л1)
где 8(/'юл,Р)
- спектр СА на выходе датчиков полей,
*еО®л)Е(/®л»Р)
*йО®и)н(/®я>Р)
вектора Е(/'сои, Р) и нСа»„ ,р) определены выражением (2.4), ке (/сои ), ккО®п) - соответственно коэффициенты передачи датчиков электрического и
магнитного полей, Н(уюи) = ||^(/ш„), г = 1 б||Т - комплексный спектр гауссовских независимых шумов наблюдения