Развитие методов пеленгации ионосферных сигналов

• Автор: Кочмарский, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Основы теории оптимального приема
1.1 Ионосфера, распространение радиоволн, основные оценки
1.2 Основы теории оптимального приема
1.3 Решение задачи обнаружения сигнала методом максимального правдоподобия
1.4 Решение задачи оценки параметров сигнала методом максимального правдоподобия
1.5 Решение задачи разрешения подобных сигналов методом максимального
правдоподобия
1.6. Пеленгация ионосферных сигналов. Амплитудная, фазовая пеленгация
Глава 2. Разработка методов пеленгации ионосферных сигналов
2.1 Пеленгация однолучевого ионосферного сигнала
2.2 Вывод основных выражений для антенных систем типа «Круг», «Угол»
2.3 Алгоритм обработки многолучевого ионосферного сигнала
2.4 Решение задачи разрешения лучевой структуры сигнала на основе разностного уравнения
2.5 Мультипликативная помеха и ее влияние на прием ионосферных сигналов. 59 Глава 3. Результаты модельных исследований вопросов пеленгации ионосферных сигналов
3.1 Пеленгация ионосферных сигналов в условиях однолучевого приема
3.2 Частотный диапазон многоканальных антенных систем
3.3 Устойчивый метод пеленгации в условиях многолучевого приема
3.4 Пространственно-временная обработка однолучевого ионосферного сигнала
3.5 Трехмерная антенная система для пеленгации однолучевых ионосферных сигналов
3.6 Анализ корреляционной функции лучей ионосферного сигнала
3.7 Общая характеристика решения задачи оценки параметров ионосферного сигнала
3.8 Анализ разрешающей способности разработанного метода пеленгации
3.9 Результаты экспериментальных исследований возможностей пеленгации ионосферных сигналов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Исследование вопросов ионосферного распространения радиоволн продолжает оставаться актуальной областью. Это подтверждается большим количеством публикаций и проведением различных конференций по ионосферной тематике [1-8]. Актуальность тематики ионосферного распространения радиоволн объясняется тремя основными факторами.
1. Развитие радиоэлектроники и методов обработки сигналов позволяет на новой основе решать задачи приема и обработки ионосферных сигналов, получая при этом более точную и достоверную информацию об ионосфере и повышая эффективность работы различных комплексов аппаратуры, основой которых является ионосферное распространение радиоволн.
2. С научной точки зрения представляет интерес получение новой информации об ионосфере, ионосферных процессах с помощью наклонного зондирования ионосферы. Эта информация позволяет практически мгновенно », обнаруживать запуски ракет, взрывы, землетрясения и другие факторы возмущения ионосферы естественного и антропогенного происхождения. Эта информация даёт возможность изучать солнечно-земные взаимосвязи, влияние космического излучения на атмосферу Земли. В конечном счёте, возможно решение одной из основных задач - задачи мониторинга ионосферы.
3. Практическая необходимость развития исследований в области приёма и, обработки ионосферных сигналов связана с разработкой и модернизацией сложных комплексов аппаратуры, использующих ионосферные сигналы. К ним относятся ионосферные системы связи, пеленгационные комплексы аппаратуры, системы ; локации в области декаметровых волн, включая загоризонтную локацию, навигационные системы. С практической точки зрения возрождается интерес к ионосферным системам связи. В ряде случаев они рассматриваются как резервные [22,23]. Однако они могут обеспечивать и высокую вероятность передачи неискаженной информации при достаточном ионосферном обеспечении. Коротковолновая радиосвязь решает задачу радиовещания на больших площадях земной поверхности.
Пеленгация ионосферных сигналов, как отдельная область исследования вопросов ионосферного распространения радиоволн, так же является актуальной областью исследований. Центральной задачей при этом является практически нерешенная до настоящего времени задача разделения лучевой структуры ионосферных сигналов. Сложность решения задачи одноточечной пеленгации ионосферных сигналов определяется следующим.
Недостаточное соответствие существующих моделей ионосферы реальной ионосфере. Это усложняет решение обратной задачи: определение по измеренному
пеленгу местонахождения источника излучения. Вопросы расчетов траекторных характеристик методом геометрической оптики хорошо изучены и дают достоверные результаты [29,30]. Однако несоответствие модельного описания и реальной ионосферы позволяют оценивать местонахождение точки излучения лишь с 10-ти процентной точностью. Возникает задача ионосферного обеспечения пеленгационных комплексов аппаратуры.
Многолучевость ионосферного сигнала. В точку приёма, как правило, приходит два или более лучей, отраженных от разных областей ионосферы. Вследствие малого углового различия этих лучей на поверхности земли создаётся интерференционное распределение поля с квазипериодами от сотен метров до километров. Это не позволяет решить задачу разделения лучевой структуры ионосферного сигнала классическими методами. Ширина диаграммы направленности антенной системы используемой в пеленгации, оказывается большей, чем различия в углах места отдельных лучей ионосферного сигнала. В результате возникают интерференционные погрешности, достигающие десятков градусов по азимуту и углу места. В ряде работ рассматривается возможность разделения лучевой структуры ионосферного сигнала методами сверхразрешения [24,25,26]. Однако эти методы не имеют необходимого теоретического обоснования и до настоящего времени не решают проблему пеленгации при наличии многолучевости. При учёте динамических процессов в ионосфере лучевая структура сигнала характеризуется допплеровским смещением частоты. Эти смещения частоты находятся в пределах 0,01-0,20 Гц и менее и являются основой метода доплеровской фильтрации ионосферных сигналов [28]. На основе доплеровской фильтрации так же можно разделять лучевую структуру . Однако это не получило должного развития в области пеленгации ионосферных сигналов. При экспериментальной проверке доплеровской фильтрации эффективность методов обработки существенно снижается [16,17] за счет нестационарности параметров ионосферного сигнала.
Нестационарность параметров ионосферного сигнала. Это фактор, на который не обращалось особого внимания при исследовании возможностей пеленгации. Интервал стационарности параметров отдельных лучей ионосферного сигнала находится в пределах от 0,2 до 80 и более секунд по времени и ~ 0,2 -1,5км и более в пространстве. Важным является то, что интервал стационарности параметров отдельных лучей часто совпадает с квазипериодом временных или пространственных изменений, обусловленных интерференцией. В этом случае возникает, в дополнении к аддитивному шуму, мультипликативная помеха. Она часто является одной из основных причин малой эффективности алгоритмов обработки ионосферных сигналов, в том числе и алгоритмов со
рассматривается. Как первый, так и второй методы имеют свои недостатки и достоинства. Общим является то, что необходимо создавать пеленгационную систему, состоящую из определенного количества вибраторов, распределенных по поверхности земли, и многоканального приемника. Создается многоканальный измеритель напряженности поля ионосферного сигнала. Входящая в состав измерителя многоканальная антенная система имеет существенные отличия от известных фазированных антенных систем (ФАР) [35, 36]. В фазированных антенных системах диаграмма направленности формируется за счет подстроечных элементов (Упр.). Сигналы от отдельных элементарных вибраторов суммируются в сумматоре, далее информация обрабатывается в приемном устройстве (рис. 1.6.1) и поступает на ЭВМ (ЭВ). ЭВМ осуществляет временную обработку сигнала и управляет под строенными элементами. В этом случае пространственная обработка сигнала и временная обработка сигнала разделены. После суммирования теряется ф информация о распределении амплитуд и фаз на вибраторах, и она не может быть
использована многократно.
Рисунок 1.6.1. Блок-схема фазированной антенной системы
Блок-схема многоканальных антенных систем показана на рис