Дистанционные сверхширокополосные измерения параметров движения при наличии шума

• Автор: Кузнецов, Артем Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ДИСТАНЦИОННЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1 МОДЕЛИ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ и их СВОЙСТВА
1.2 АЛГОРИТМЫ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ
1.3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ
1.4 ВЕРОЯТНОСТЬ НАДЕЖНЫХ ОЦЕНОК
1.5 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ АНОМАЛЬНЫХ ОШИБОК
1.6 ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ОЦЕНОК ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ
2.1 ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ОЦЕНКИ ДАЛЬНОСТИ
2.2 ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ОЦЕНКИ СКОРОСТИ
2.3 ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ СОВМЕСТНОЙ ОЦЕНКИ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ
2.4 ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. КВАЗИОПТИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ ПО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ ДАЛЬНОСТИ
3.1 ОЦЕНКА СКОРОСТИ ПРИ НАДЕЖНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ ДАЛЬНОСТИ
3.2 ОЦЕНКА СКОРОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ АНОМАЛИЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЛЬНОСТИ
3.3 СОВМЕСТНАЯ ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ ПО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ ДАЛЬНОСТИ
3.4 ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Разработка систем локации, высокоточной навигации и связи на основе различных видов сигналов представляет собой перспективное направление, где необходимо обеспечивать постоянное повышение информационных возможностей данных систем, функционирующих при наличии разнообразных помех. Подавляющее большинство разработанных к настоящему времени средств дистанционного определения параметров движения, таких как дальность и скорость, использует узкополосные радиосигналы, т.е. сигналы с обычной гармонической несущей [8, 88, 89]. Присущие им недостатки - малая точность измерения, громоздкость, невысокая мобильность, либо затрудняли широкое применение этих средств в различных сферах человеческой деятельности, либо вообще делали невозможным их использование. Полезным дополнением к классическому гармоническому колебанию могут быть сверхширокополосные (секвентные) несущие колебания для которых относительная полоса частот близка к единице. Применение сверхширокополосных (СШП) сигналов существенно расширяет потенциальные возможности как радиолокационных, так и информационно-телекоммуникационных систем.
Первые работы по применению в радиолокации сверхширокополосных сигналов были опубликованы около четверти века назад [106,107, 121, 137, 139]. С тех пор многочисленными исследователями получен ряд фундаментальных результатов, относящихся как к теоретическим основам нестационарной электродинамики, так и к принципам построения СШП радиолокационных систем (РЛС). Они послужили базой для создания СШП РЛС различного целевого назначения: обнаружения, распознавания и определение параметров движения (дальности и скорости) космических аппаратов, ракет и самолетов, надводных кораблей и подводньгх; лодок, мин, туннелей, археологических, геологических и других подповерхностных объектов; построения трехмерных
радиолокационных изображений и др. Разнообразие практических приложений и достаточно высокий уровень их проработки свидетельствуют о вступлении сверхширокополосной радиолокации в пору зрелости. Разработка и внедрение сверхширокополосных систем представляет собой качественный скачок в развитии радиолокации. Использование СШП радиосигнала, ширина спектра которого соизмерима с его средней частотой, позволяет на более высоком уровне решать такие задачи радиолокационного наблюдения, как обнаружение и распознавание целей, построение их радиолокационных изображений. При этом важную роль играет не только большая абсолютная ширина спектра СШП сигнала, достигающая единиц гигагерц, но и его значительная относительная широкополосность. При решении нестационарных электродинамических задач, связанных с применением СШП зондирующих сигналов, сформировались новые представления о механизме рассеяния, излучения и приема электромагнитных волн радиолокационными целями и антеннами. Использование новых методов, в первую очередь методов получения решений во временной области, позволило установить, что основной вклад в рассеянное целью поле вносят отдельные, локальные центры рассеяния или излучения, расположение и свойства которых определяются геометрией рассматриваемой электродинамической структуры и видом СШП сигнала. Разработка принципа пространственно-временной эквивалентности позволила рассматривать цель и антенные системы как обобщенные фильтры, характеристики которых определяются пространственной структурой объекта и временной структурой сигнала. Внедрение СШП сигналов требует существенного изменения принципов построения аппаратуры РЛС. Непригодными оказываются большинство элементов и узлов узкополосной техники, используемых для формирования, преобразования и приема радиолокационных сигналов. Как правило, невозможно преобразование частоты при формировании и приеме сигналов. При приеме импульсных СШП сигналов (нано- и субнаносекундной длительности) недопустимо их детектирование
вычислений можно получить, если использовать не вероятность надежной оценки (1.4.1), а вероятность аномальных ошибок Ра = - Р0, которая в явном виде может быть записана следующим образом:
а 4гк
I ехр
2г2р
1-ехр

(р+1)12
€Хр

(1.4.4)
Отметим также, что из-за более быстрого спада функции, стоящей в
(1.4.4) под интегралом, по сравнению с такой же функцией в (1.4.1), численный расчет интеграла в (1.4.4) может быть выполнен в зависимости от конкретных значений параметров и методов его вычисления несколько быстрее, чем аналогичная процедура в (1.4.1). Использование в численных расчетах выражения (1.4.4) вместо (1.4.1) оказывается более предпочтительным, так как в целом позволяет достаточно существенно сократить общее время вычислений.
Сложный вид формул (1.4.1), (1.4.4) не позволяет производить даже грубую прикидочную оценку поведения вероятности соответствующих ошибок от входящих в эти формулы параметров. Чтобы иметь такую возможность будем пользоваться приближенной формулой [98]

-ехр

(1.4.5)
а 7Г(д+1)/2зд/22Д
Так как неизвестные дальность и скорость являются неэнергетическими параметрами, то воспользовавшись (1.4.1), (1.4.4) и (1.4.5) запишем
соответствующие вероятности надежных оценкок и аномальных ошибок.
С учетом введенной в пункте 1.3 разрешающей способности по дальности (1.3.17) вероятность надежной оценки дальности можно определить как [61, 98]
Рок =Р[Яе1¥р5], (1.4.6)
где = [Л0-АЛ,/?0 + А/?] - подобласть априорной области (1.3.21)
возможных значений дальности, в которой центральный пик сигнальной