Методы повышения точности измерения расстояния в радиодальномере с частотной модуляцией для промышленных систем ближней радиолокации

• Автор: Езерский, Виктор Витольдович
• Шифр специальности: 05.12.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 448 с. : ил.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

^ ВВЕДЕНИЕ
1 ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ДАЛЬНОМЕРЕ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

1Л Вводные замечания

1.2 Временной метод анализа частотно-модулированного дальномера

1.3 Спектральный метод анализа частотно-модулированного дальномера

<4 1.4 Источники погрешности измерения частотно-модулированным

дальномером

1.5 Методы сглаживания ошибки дискретности

1.5.1 Оптимальный метод оценки частоты радиоимпульса

1.5.2 Сохранение некоторой несущей частоты в результирующем колебании на выходе смесителя
1.5.3 Обработка характерных точек сигнала разностной частоты
1.5.4 Метод оценки средней частоты сигналов во временной
^ области с помощью дробного дифференцирования
1.5.5 Методы, основанные на линейных моделях
ф 1.5.6 Методы, основанные на спектральном анализе сигнала
разностной частоты
1.6 Обоснование выбора для исследования методов сглаживания
ошибки дискретности
1.7Формулировка задачи оптимизации обработки сигналов
частотного дальномера
1.8 Выводы
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИГНАЛОВ, ПОМЕХ, ШУМОВ И
• УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ

2.1 Постановка задачи
2.2 Феноменологическая модель радиолокационного сигнала
ф. 2.2А Модель стабильной цели
2.2.2 Модель флюктуирующей цели
^ 2.3 Распределение элементарных фаз в модели флюктуирующей цели
2.4 Аппроксимация закона распределения огибающей радиосигнала
в модели флюктуирующей цели
2.5 Распределение нормированных параметров сигнала
2.6Модели помех и шума
2.7Математическая модель модуляционной характеристики
частотно модулированного генератора
2.8 Выводы
3 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ ПРИ Ш СЧЁТНОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ
3.1 Вводные замечания
3.2 Алгоритм работы частотного дальномера с адаптивной оптимизацией параметров модуляции
3.3 Методическая погрешность частотного дальномера с
оптимизацией параметров частотной модуляции
3.3.1 Подсчёт числа периодов сигнала разностной частоты в
фиксированном измерительном интервале времени
^ 3.3.2 Подсчёт числа периодов сигнала разностной частоты в
• интервале времени, кратном полупериоду модуляции
3.3.3 Снижение методической погрешности путём коррекции
результата расчёта расстояния
3.4 Погрешность определения расстояния, обусловленная
неточностью адаптации модуляции
3.5 Влияние нелинейности модуляционной характеристики на методическую погрешность счётного метода измерения частоты

3.5.1 Квадратичная модуляционная характеристика
3.5.2 Колебательная модуляционная характеристика
Щ' 3.5.3 Квадратичная модуляционная характеристика с
колебательной компонентой
ф 3.6 Влияние шума на точность определения расстояния
дальномером с адаптивной частотной модуляцией
3.7 Результаты численного моделирования частотного
дальномера с адаптивной модуляцией излучаемых сигналов
3.8 Выводы
4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕСОВОЙ ФУНКЦИИ ДЛЯ
ВЕСОВОГО МЕТОДА УСРЕДНЕНИЯ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ
4.1 Вводные замечания
ф 4.2 Алгоритм весового усреднения разностной частоты
4.3 Методическая погрешность определения расстояния
4.4 Оптимизация весового метода усреднения разностной частоты
по минимуму погрешности измерения расстояния
4.5 Влияние шумов на погрешность весового метода усреднения разностной частоты
4.6 Результаты численного моделирования частотного дальномера
с оптимизацией весового метода усреднения разностной частоты
4.7 Выводы
• 5 МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЯЦИИ И
ВЕСОВОЙ ФУНКЦИИ ПРИ ОЦЕНКЕ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ В СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ
5.1 Постановка задачи
5.2 Оценка разностной частоты по положению максимума спектра
5.2.1 Метод определения погрешности оценки разностной частоты
^ по положению максимума спектра СРЧ
5.2.2 Методическая погрешность оценки разностной частоты по

редненного периода. Очевидно, что выполнить это можно на основе измерения положения нулей СРЧ:
Ж Т,ср=2((„-1,)/(М-1). (1.33)
Отсюда видно, что здесь используется информация о положении только перво-ф го и последнего нулей СРЧ.
Относительная погрешность измерения частоты в этом случае равна [78, 80]:
«г/Г=з/(‘,1'2Ч2Т,2,Д2Г +(бТ„2„С2[' +52/9, (1.34)
где Г - измеряемая частота; Тизм - интервал измерения; 5 - относительная нестабильность частоты опорного генератора.
Первое слагаемое в (1.45) обусловлено наличием шума, второе - дискретно-^ стью счёта и третье слагаемое соответствует нестабильности опорного генератора.
В настоящее время этот метод не находит широкого применения для высокоточных ^ измерений расстояния, так как сильно зависит от влияния различных дестабилизирующих факторов, таких как линейность МХ, паразитная амплитудная модуляция (ПАМ) излучаемого сигнала, стабильность уровня ограничения СРЧ и др.
Существует возможность повысить точность измерения, если учитывать информацию о положении всех нулей СРЧ [78, 80]. При этом каждому измеренному периоду Т) ставят в соответствие определённый весовой коэффициент У;:

(V ТГСР= 2>;Т;, (1.35)

ф0
® где т = N/2.
Значения весовых коэффициентов подбирают, исходя из условия минимума дисперсии оценки периода сигнала. Оптимальные значения этих коэффициентов приводят к следующему алгоритму работы радиолокационного измерителя [78]:
Т =0,25 1 [ш(т + 1)-|1|(|1|-1)]т7112. (1-36)

Дисперсия такой оценки периода уменьшается по сравнения с исходной величиной (1.34) в N/6 раз.