Алгоритмы и средства цифровой обработки гидроакустических сигналов информационно-управляющей системы подводного робота

• Автор: Миронов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 208 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Гидроакустические системы подводных необитаемых аппаратов
1.1 Виды подводных необитаемых аппаратов
1.2 Информационно-управляющая система подводного робота
1.3 Гидроакустические системы подводного робота
1.4 Детектирование и обнаружение гидроакустических сигналов ИУС ПР
Выводы
2 Оценка простых сигналов в гидроакустическом канале
2.1 Спектральные методы оценивания времени запаздывания простого гидроакустического сигнала
2.2 Метод периодограмм А. Шустера
2.3 Применение метода периодограмм для оценки параметров простого сигнала конечной длительности и заданной частоты
2.4 Моделирование
Выводы
3 Оценка сложных сигналов модулируемых псевдослучайными последовательностями в гидроакустическом канале
3.1 Классификация сложных сигналов
3.2 Корреляционная обработка сигналов с распределенным спектром
3.3 Оценка фазы сложного сигнала вида ФМ-ШПС
3.4 Моделирование
3.5 Методика определения порогового значения при использовании порогового критерия для обеспечения достоверного обнаружения гидроакустических ФМ-ШПС ИУС ПР
Выводы
4 Разработка детектора гидроакустических сигналов ИУС ПР
4.1 Требования предъявляемые к детектору ГАС ИУС ПР
4.2 Аппаратные средства цифровой обработки сигналов
4.3 Синтез структуры детектора сигналов ИУС ПР
4.4 Синтез детектора сигналов ИУС ПР с использованием разработанной схемы модуля вычисления корреляционного интеграла
4.5 Верификация разработанных аппаратных средств в лабораторных условиях
Выводы
5 Проведение натурного экспериментального исследования

5.1 Определение цели проведения натурного исследования
5.2 Описание мобильного измерительного комплекса для проведения натурного экспериментального исследования
5.3 Схема проведения натурного экспериментального исследования
5.4 Анализ результатов экспериментального исследования
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ И
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Океанологические исследования и выполнение обзорно - поисковых работ на различных глубинах сопряжены с повышенным риском для человека. Применение автономных необитаемых подводных аппаратов (подводных роботов - ПР) позволяет существенно снизить опасность для человека, при этом повышается эффективность проводимых работ. ПР широко используются как при долговременном исследовании океана, так и при решении оперативных задач в сложных условиях работы под водой [1, 2]. Гидроакустические средства и системы, входящие в состав информационно-управляющей системы (ИУС) ПР обеспечивают надежность эксплуатации аппарата, и эффективность при выполнении миссии. Гидроакустические средства применяются при создании систем подводной навигации, связи, телеметрии и управления подводным аппаратом (гидроакустическая телекоммуникационная система), систем обнаружения и, измерения глубин и сейсмопрофилирования дна океана, систем гидролокационного наблюдения. При использовании гидроакустических средств и систем, подводный робот становится участником Океанологической сети наблюдения и передачи информации. Таким образом, совершенствование элементов гидроакустических систем способствует повышению качества проведения работ под водой при использовании ПР.
В основе работы любой гидроакустической системы ИУС ПР лежит передача, детектирование и обнаружение гидроакустического сигнала. Отличительными признаками гидроакустических систем, входящих в состав ИУС ПР, являются: тип и структура используемого гидроакустического сигнала, максимальная дальность работы и рабочая частота (диапазон частот). Качественными показателями являются:
- минимальное соотношение сигнал/шум (помехоустойчивость), при котором достоверное обнаружение гидроакустического сигнала с требуемой точностью оценки времени запаздывания сигнала, происходит с заданной вероятностью. Уменьшение мощности гидроакустического сигнала способствует «скрытности» применения ПР, что является обязательным техническим требованием при разработке аппаратов для военных целей. В последнее время ужесточились

РР{и(!)>ипор}= WtiUydU (1.9)
У пор
Таким образом, решение задачи обнаружения сигнала в большинстве случаев сводится к вычислению отношения
Л_ ВД,£/2,
ж0(иии2,...,и„) (110)
которое, называется отношением правдоподобия. Решение о наличии сигнала принимается в том случае, когда это отношение превосходит некоторый фиксированный уровень Цпор, установленный заранее в зависимости от принятого критерия. Критерий Неймана-Пирсона широко используется так как не зависит от априорных вероятностей распределения не только шума, но и смеси сигнала и шума, [1.69].
1.4.3 Виды детекторов
Детекторы сигналов в зависимости от режима работы разделяют на детекторы когерентного приема и детекторы некогерентного приема. Для когерентного и некогерентного приема детекторы дополнительно можно разделить еще на две подгруппы: оптимальные и квазиоптимальные детекторы [1.70].
Суть решения задачи обнаружения состоит в выработке алгоритма, на основании которого синтезируется обнаружитель - детектор, наиболее подходящий для выбранных условий по заданным критериям. Такой детектор называется оптимальным. Как правило, в основе работы оптимального обнаружителя лежат методы математической статистики.
Применение статистических подходов оправдано тем, что реальный принимаемый полезный сигнал, как правило, искажен случайным шумом (помехой), а также влиянием среды распространения. Зачастую мощность полезного сигнала оказывается существенно меньше мощности мешающих шумов. Оптимальный приемник позволяет обнаруживать подобные сигналы.
Помимо задачи обнаружения сигналов детекторы так же должны решать задачу оценки параметров сигналов.