Фильтрация разностно-временных наблюдений в задаче оценки координат наземного сканирующего источника радиоизлучения при наличии отражений от местности

• Автор: Ворошилина, Елена Павловна
• Шифр специальности: 05.12.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

РЕФЕРАТ

Диссертация содержит 150 страниц, 4 раздела, 96 рисунков, 6 таблиц, 70 источников.

ПАССИВНАЯ РАДИЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА, РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЙ МЕТОД, ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ, ФИЛЬТРАЦИЯ КООРДИНАТ, ОГИБАЮЩАЯ СИГНАЛА, МНОГОЛУЧЕВОСТЬ, ПЕРЕОТРАЖЕНИЯ, ПОДСТИЛАЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, НАЗЕМНЫЕ ТРАССЫ, ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ДАННЫХ.
Объектом исследования в диссертации является разностно-дальномерная система оценки координат наземной цели.
Цель работы - синтез алгоритма оценки координат неподвижного наземного источника радиоизлучения при наличии отражений от подстилающей поверхности в условиях радиотехнической разведки (частичная неопределенность параметров излучаемого сигнала)
Показано, что основным фактором, влияющим па точность оценки координат излучателя, является наличие ложных отметок разностей моментов прихода, сформированных по отражённым от подстилающей поверхности сигналам.
Проведены экспериментальные исследования традиционных субоптимальных байесовских алгоритмов фильтрации и распределения наблюдений на наземных трассах с выраженными неоднородностями. Выявлено, что в подобных условиях их точностные характеристики резко ухудшаются.
Был разработан и исследован метод, направленный на повышение точности оценки координат неподвижного ПРИ, формируемой популярным на практике алгоритмом вероятностного объединения данных при наличии переотражений от подстилающей поверхности.

Список используемых сокращений

ЛС — антенная система

АПРВ - апостериорная плотность распределения вероятности
АЦП — аналогово-цифровой преобразователь
ВО - вторичная обработка
ДН — диаграмма направленности
ИП — измерительный пункт
ИРИ — источник радиоизлучения
МПРЛС - многопозиционная пассивная радиолокационная станция
МНК — метод наименьших квадратов
ПРЛС — пассивная радиолокационная система
ПСП — псевдослучайная последовательность
ПЧ — промежуточная частота
РВ — радиоволна
РЛС — радиолокационная станция
РПК - радиопередающий комплекс
РФ1Т — радиофизический полигон
СКО - среднеквадратическое отклонение
ССС — система связи и синхронизации
УКВ - ультракороткие волны
ФК - фильтр Калмана
ШВ — шкала времени
EKF - Extended Kalman Filter (расширенный фильтр Калмана)
GSF - Gaussian Sum Filter (фильтр гауссовских сумм)
NN - Nearest Neighbor (ближайший сосед)
МНТ — Multi-Hypothesis Tracker (многогипотезный алгоритм)
MSDA - Multi-Space Data Association (мульти-пространственный алгоритм объединения) PDA - Probabilistic Data Association (вероятностное объединение данных)
PF — Particle Filter (фильтр частиц)
РМНТ — Probabilistic Multi-Hypothesis Tracker (вероятностный многогипотезный алгоритм) UKF — Unscented Kalman Filter (Сигма-точечный фильтр Калмана)

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА 1: АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПАССИВНЫХ РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫХ СИСТЕМ НА ПРИЗЕМНЫХ ТРАССАХ
1Л Особенности распространения сигналов УКВ на приземных трассах
1.2 Разностно-дальномерный метод оценки координат
1.2.1 Преимущества многопозиционныхрадиолокационных систем
1.2.2 Математическая модель сигнала на входе приёмного устройства
1.2.3 Погрешность оценки координат разностно-далъномерным методом
1.3 Экспериментальные исследования сигналов на приземных трассах
1.3.1 Аппаратура для экспериментальных исследований
1.3.2 Характеристики исследуемых трасс
1.3.3 Результаты экспериментальных исследований
1.4 Выводы
ГЛАВА 2: МЕТОДЫ ОЦЕНИВАНИЯ КООРДИНАТ ИЗЛУЧАТЕЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ
ЛОЖНЫХ ОТМЕТОК
2.1 Общая структура и функции алгоритма вторичной обработки радиолокационной информации
2.1.1 Процедура завязки
2.1.2 Процедура распределения наблюдений и фильтрации
2.2 Алгоритмы вторичной обработки при наличии ложных отметок
2.2.1 Оптимальный байесовский подход
2.2.2 Алгоритм вероятностного объединения данных
2.2.3 Метод ближайшего соседа
2.2.4 Вероятностный многогипотезный алгоритм
2.2.5 Многогипотезный алгоритм
2.2.6 Алгоритм объединения данных с использованием вейвлет преобразования
2.3 Проблемы применения традиционных алгоритмов вторичной обработки
на наземных трассах
2.3.1 Метод ближайшего соседа
2.3.2 Алгоритм вероятностного объединения данных
2.4 Алгоритмы оценки координат наземных целей
2.5 Выводы
ГЛАВА 3: СИНТЕЗ АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ КООРДИНАТ НАЗЕМНОГО
ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
3.1 Имитационная модель разностей моментов времени прихода сигналов
на приземных трассах
3.1.1 Математическая модель наблюдений разностей моментов прихода
3.1.2 Модель и алгоритм имитации разностей моментов времени прихода
в условиях приёма сигнапов па приземных трассах
3.1.3 Проверка адекватности предложенной имитационной модели
3.2 Структурная схема алгоритма вторичной обработки
разностно-временных наблюдений
3.2.1 €функциональные блоки алгоритма оценки координат
3.2.2 Процедура завязки последовательности наблюдений
3.2.3 Блок распределения наблюдений и формирования координат
3.2.4 Блок идентификации первичного излучателя

коррелированна в соседних периодах. Коэффициент корреляции достигает 0.7. Этот факт позволяет сделать вывод, что распределение задержек рассеянного сигнала на наземной трассе обусловлено геометрическим распределением рассеивающих неоднородностей, расположенных на подстилающей поверхности данной трассы. Эта зависимость близка к параболической в некотором секторе углов отворота относительно направления на приёмный пункт. Близкая к параболической зависимость указывает на то, что отражённый сигнал, время которого фиксируется измерителем, формируется некоторым непрерывным протяженным объектом, расположенным на трассе распространения перпендикулярно ей самой. Естественно предположить, что данным объектом является закрывающее препятствие. Дифракция на закрывающем препятствии приводит к ослаблению излученного сигнала и увеличению времени его распространения за счёт огибания препятствия [22]. Лес позади передатчика также вызывает сильные отражения.
При формировании оценки координат ПРИ использовались разности моментов прихода сигнала в измерительные пункты Д/ш = Г^0 , А12а =[пр2 -£„р0. На рис. 1.18 - 1.20 (а, б)
представлены соответствующие разностно-временные наблюдения и их гистограммы распределения для трёх позиций передатчика (объём выборки Мый =14000). Сплошной меткой справа от рисунков обозначено истинное значение разностей времён прихода.
1500 I

L 500 L
. J ,мкс
Atm ,мкс

-18 ч

Рис. 1.18 - Измеренные значения разности моментов прихода Дг0| и Дг02 (а,б) и гистограмма их распределения (в,г) для позиции №