Разработка методик и алгоритмов повышения быстродействия определения угловых координат априорно неопределенных источников радиоизлучения

• Автор: Сидоренко, Клим Андреевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СКОРОСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ

РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ В ПЕЛЕНГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1. Модель входных данных

1.2 Алгоритмы оценки угловых координат источников радиоизлучения

1.2.1 Непараметрические алгоритмы

1.2.2 Собственноструктурные алгоритмы

1.2.3. Алгоритмы параллельного обзора

1.3 Сравнительный анализ пеленгационных алгоритмов

1.4 Современные способы повышения быстродействия
Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СКОРОСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ВЕКТОРОВ
2.1 Алгоритмы скоростного определения собственных векторов средней и низкой вычислительной сложности
2.2 Повышение быстродействия алгоритма OPERA
2.3. Выделение собственных векторов в алгоритмах адаптивного определения сигнального подпространства
2.4 Анализ точности и быстродействия алгоритмов определения собственных векторов
Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ВХОДНЫХ ДАННЫХ
3.1 Разработка модифицированного метода усреднения «вперед-назад»
3.2. Формирование ортогональных диаграмм направленности
3.3. Способ определения весовых векторов в задаче построения диаграммы направленности с управляемыми нулями
3.4. Разработка методики предобработки входных данных
Выводы
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ
4.1 Методика формирования скоростных пеленгационных алгоритмов
4.1.1 Пеленгационные алгоритмы на базе MUSIC
4.1.2 Пеленгационные алгоритмы на базе ESPRIT
4.1.3 Пеленгационный алгоритм SPUT-ESPRIT
4.2 Описание программного обеспечения для формирования скоростных пеленгационных алгоритмов
4.3 Оценка влияния методик повышения быстродействия на характеристики собственноструктурных алгоритмов пеленгации
4.4 Результаты обработки экспериментальных данных по пеленгации одного и двух источников радиоизлучения
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акты об использовании диссертационных материалов
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Дипломы международных конференций

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время увеличение количества радиосредств как гражданского таки и военного назначения приводит к интенсивному развитию систем радиомониторинга, призванных осуществлять контроль эфира в заданном диапазоне частот, обнаружение новых источников радиоизлучения (ИРИ), определение их местоположения и оценку степени опасности [1]. Определение местоположения ИРИ задача многоэтапная, решающаяся в сложной интерференционной обстановке, один из важнейших этапов которой заключается в пеленговании источников радиоизлучения по азимуту и углу места в условиях априорной неопределенности относительно вида модуляции сигнала и помеховой обстановки [2].
Современное состояние развития техники радиомониторинга характеризуется применением пеленгационных алгоритмов, обладающих повышенной разрешающей способностью. Среди данных алгоритмов в системах скоростной пеленгации находят отражение два основных класса: непараметрические, использующие при оценке угловых координат ИРИ корреляционную матрицу сигналов [3-4] и собственноструктурньте, эксплуатирующие идею разделения входного пространства данных на сигнальное и шумовое подпространства [5-6]. Однако следует учитывать, что вычислительная сложность этих алгоритмов нелинейно (квадратно или кубически) зависит от количества антенных элементов, что накладывает существенные ограничения на их использование в реальном масштабе времени, когда сбор и обработка данных осуществляется в одном приложении[7]. Наиболее актуальное решение этой проблемы - использование методов повышающих быстродействие вычислительных этапов пеленгационных алгоритмов, особенно при большом количестве антенных элементов. Данным методам посвящены работы отечественных и зарубежных ученых, таких как: R.D. DeGroat, M.D. Zoltowski,
С.Р. Mathews, G.H. Golub, J.R. Bunch, I. Karasalo, P. Strobach, B. Yang, G.W. Stewart, M. Wax, J. Karhunen, P.A. Thompson, B.D. Rao, R. Roy, V.U. Reddy, M.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СКОРОСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СОБСТВЕННЫХ ВЕКТОРОВ В собствеиноструктурных пеленгационных алгоритмах информация об угловых координатах ИРИ определяется, используя разложение на собственные вектора и значения корреляционной матрицы сигналов К [60]. При использовании стандартного метода с приведением корреляционной матрицы сигналов к трехдиагональной форме с последующим разложением при помощи С>11 итераций, затрачивается порядка О (А3) операций на одну итерацию [84], что при большом количестве АЭ накладывает ограничения на использования этих алгоритмов в скоростном определении угловых координат ИРИ. Так же недостаток подобного подхода [75] заключается в отсутствии возможности коррекции сигнальных собственных векторов при получении нового набора отсчетов с АР. Следует отметить необходимость коррекции данных в связи с тем, что:
1. каждый новый цифровой отсчет повышает точность оценки искомого подпространства;
2. изменение параметров сигнала приводит к изменению отслеживаемых собственных векторов;
3. антенной решеткой может быть принят новый сигнал.
Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость исследования скоростных алгоритмов, которые корректируют или обновляют собственные вектора и при получении нового набора данных с АР и обладают меньшей вычислительной сложностью.
В литературе было исследовано большое количество скоростных методов и алгоритмов, отслеживающих изменения исследуемого набора собственных векторов. Большинство методов, исходя из их быстродействия, можно разбить на три группы [19,103-112]: методы высокой (О (А2А7) и О (А2)) [103-105], средней (О(ИМ2)) [90,95,96,106-110], низкой (О(АА/)) [97,100,102,111,112] вычислительной сложности, где М - количество требуемых собственных векторов, обычно