Методы оценки параметров сигналов, устойчивые к помехам с неизвестными свойствами

• Автор: Родионов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 90 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Оценка дисперсии гауссового процесса в присутствии импульсной
помехи
§1.1. Модель импульсной помехи и оценка дисперсии гауссовой компоненты
типа Б-класса
§ 1.2. Сравнительный анализ точности оценок
§ 1.3. Применения метода к задаче определения уровня подводного шума
§1.4. Выводы
Глава 2. Адаптивная обработка сигналов в антенных решетках с использованием
метода максимума правдоподобия
§2.1. Модели принимаемых сигналов; формирование ВВК по критерию ОСП
§2.2. Известный вид временной зависимости полезного сигнала
§2.3. Произвольная временная зависимость полезного сигнала
§2.4. Выводы
Глава 3. «Слепые» оценки параметров сигналов
§3.1. Случай независимых неравноточных отсчетов
3.1.1. Вывод выражения для функции правдоподобия
3.1.2. Регуляризованные оценки
3.1.3. Предельная регуляризация е
3.1.4. Исследование робастных свойств «слепых» оценок с помощью
модели Тьюки
§3.2. Временной сигнал, наблюдаемый на фоне стационарного шума
§3.3. Пространственно-временной сигнал со стационарным шумом
§3.4. Выводы
Глава 4. Разработка и экспериментальная апробация помехоустойчивых методов обработки пространственно-временных сигналов для гидроакустических
приложений
§4.1. Определение параметров цели в просвстной локации
4.1.1. Схема просветной локации
4.1.2. Модель сигнала. Пространственная и временная структура помехи
4.1.3. Методы выделения полезного сигнала
4.1.4. Апробация методов оценки параметров движения цели на экспериментальных данных

§4.2. Определение траектории высокочастотного тонального источника звука в
мелком море с использованием антенных решеток
4.2.1. Схема измерений. Метод определения траектории
4.2.2 Апробация методов определения траектории на экспериментальных
данных
§4.3. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. Одной из актуальных задач статистической радиофизики является оценка параметров сигнала, наблюдаемого на фоне помех. Необходимость решения этой задачи возникает в большом числе практических приложений, таких как радиолокация, сейсмическое зондирование, радиоастрономия, гидроакустика, связь и т.п. Соответственно, оцениваемыми параметрами могут являться пеленг и скорость цели (доплеровский сдвиг частоты эхо-сигнала) в радио- или гидролокации, информационная последовательность в связи и т.п.
Методы оценки параметров сигналов в настоящее время достаточно хорошо развиты и изучены для многих приложений в случае, когда помеха имеет простые свойства: нормальное распределение, стационарность, известный второй момент и т.п. [1-8]. Для многих приложений, однако, такой сценарий может в той или иной степени расходится с реальностью.
Во-первых, достаточно часто наряду с гауссовой (или близкой к гауссовой) помехой может иметь место импульсная помеха. Этот вид помехи наиболее опасен в случае, когда оцениваются параметры слабого детерминированного или случайного сигнала, и его выделение из-под помехи производится за счет длительного временного накопления. Присутствие редкого, но мощного помехового выброса в этом случае может существенно исказить результат наблюдений, если алгоритмы оценки параметров ориентированы только на стационарную нормально распределенную помеху. Могут иметь место также различного рода нестационарное™, например, временная нестабильность дисперсии помехи; при этом распределение генеральной совокупности, к которой принадлежит помеха, будет отличаться от нормального.
Во-вторых, на практике второй момент даже «идеально» гауссовой помехи чаще всего неизвестен. Неизвестной может являться спектральная плотность мощности помехи, при наблюдении временного сигнала, пространственная матрица ковариации помехи при использовании антенной решетки, либо, в общем случае, пространственно-частотная зависимость второго момента помехи. Естественно, при оценке параметров должны учитываться реальные (истинные) свойства помехи на момент наблюдений, что позволяет, например, обеспечить радикальное подавление помех с существенно неизотропным пространственным распределением.
В соответствии с вышесказанным весьма актуальной является разработка методов оценки параметров сигналов, устойчивых по отношению к априорному незнанию свойств помехи или возможному отклонению ее характеристик от некоторой априорной модели.
(Б) Форма неизвестна, и требуется найти оценки элементов этих векторов; такая ситуация может иметь место, например, в различных системах дистанционной диагностики на основе приемных АР.
Далее будем считать, что конечным результатом обработки сигналов в антенной решетке являются оценки неизвестных параметров 0а,, 0г,, содержащихся в векторах направлений и во временных зависимостях для сценария (А), либо оценки параметров 0о, и непосредственные оценки векторов Б; для сценария (Б).
Традиционно для выделения полезного сигнала в антенной решетке используется вектор весовых коэффициентов (ВВК) уу. В адаптивных антенных решетках ВВК обычно формируется исходя из критерия максимума отношения сигнал/помеха (ОСП) после пространственной обработки [17,18]. Максимум ОСП достигается при минимизации мощности помехи на выходе АР 1] = уяЫуу при единичном усилении антенны в направлении полезного сигнала: |угяа]=1 (случай одного источника). Общеизвестным решением этой задачи является ВВК:
Поскольку в практических приложениях матрица ковариации помехи чаще всего неизвестна, её обычно заменяют эмпирической оценкой Й Л:
Дальнейшие операции над временным сигналом, получаемым после весовой обработки, 50 = хяуу или §0 = Хяу, в теории адаптивных антенных решеток обычно не рассматриваются. Полагается, что может быть использована обычная техника обработки временных сигналов. В соответствии с таким подходом, например, в случае сценария А (оценка неизвестных параметров временного сигнала известной формы) оценка 0, может быть получена с помощью известной процедуры согласованной (фильтрации (см., например, [3]), которая в данном случае сводятся к максимизации по 0, функции 7X0,):
йг = ,г’ххя
(2.5)
(2.6)
где я(0Д —репликавременного сигнала, зависящая от неизвестных параметров,