Метод многоальтернативной фильтрации эхосигнала при оценивании скорости в доплеровском лаге

• Автор: Соколов, Анатолий Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭХОСИГНАЛА

1Л Разновидности описания эхосигнала

1.2 Модель случайного поля для описания эхосигнала.

1.3 Стохастическая модель эхосигнала гидроакустического лага.

Основные результаты первой главы.

ГЛАВА 2 ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА В ДОПЛЕРОВСКИХ ЛАГАХ.

2.1 Особенности оценки спектральной плотности эхосигнала.

2.2 Известные методы оценки доплеровского сдвига частоты эхосигнала.

2.3 Метод максимального правдоподобия

Основные результаты второй главы.
ГЛАВА 3 МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРА МОДЕЛИ ЭХОСИГНАЛА.
3.1 Постановка задачи оценки параметра модели сигнала путем многоальтернативной фильтрации.
3.2 Математическое моделирование фильтра Винера в задаче многоальтернативной фильтрации.
3.3 Чувствительность метода к неопределенности модели
3.4. Метод МонтеКарло для оценки точности алгоритмов оценивания
скорости объекта.
Основные результаты третьей главы
ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ МЕТОДА МНОГОАЛЬТЕРАНАТИВНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ДОПЛЕРОВСКОМ ЛАГЕ.
4.1 Программноаппаратная реализация.
4.2 Результаты натурных испытаний
4.3 Точность метода при работе по реальным данным
Основные результаты четвертой главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Следует отметить, что задача оценивания скорости решается в условиях наличия на входе приемника эхосигнала, принимаемого на фоне шума приемника в общем случае с неизвестным, но большим или равным / соотношением сигнал/шум, т. Все вышесказанное определяет актуальность и важность разработки на основе аппарата оптимальной нелинейной фильтрации более совершенного алгоритма решения задачи оценивания доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала и обоснования его применимости путем исследования чувствительности алгоритма к неопределенности знания модели эхосигнала. Цель работы — на основе методов теории нелинейной фильчрации разработать для доплеровского лага морского объекта алгоритм, обладающий повышенными показателями по точности и быстродействию выработки скорости. Винера и банком нестационарных фильтров Калмана. Калмана и известных методов оценивания скорости. Методы исследований. В работе использовался аппарат теории вероятности и математической статистики, теории линейной и нелинейной оптимальной фильтрации, матричной алгебры, а также методы математического моделирования и обработки экспериментальных данных, проведение натурного эксперимента. Выполнено сопоставление многоальтернативных фильтров Винера и Калмана при оценке параметров модели сиг нала. Выявлена нецелесообразность использования банка стационарных фильтров Винера из-за его неработоспособности в условиях работы доплеровского лага при малых глубинах под килем, т. Детально проанализирован традиционно используемый в современных доплеровских измерителях скорости «частотный» поход, основанный на определении эмпирической оценки спектральной плотности эхосигнала. Выявлены значительные ошибки оценивания скорости связанные с несостоятельностью эмпирической оценки спектральной плотности' эхосигнала. Путем математического моделирования с использованием метода Монте-Карло получены значения погрешностей при оценивании скорости методами максимума функции правдоподобия и многоальтернативной фильтрации: Сделан вывод о более высокой точности и быстродействии метода многоальтернативной фильтрации. Проведен анализ чувствительности предложенного подхода к неопределенности типа и параметров принятой модели. Подтверждена малая чувствительность алгоритма многоальтернативной фильтрации. Разработанный алгоритм оценки параметра модели эхосигнала, отвечающего за скорость объекта, позволяет решать задачу оценивания в реальном времени. Метод многоальтернативной фильтрации эхосигнала использован в опытном образце доплеровского лага. Баренцевом море. Среднее значение ошибки продольной составляющей скорости объекта за 2 с не превысило 0. Апробация работы. Материалы работы докладывались на XIV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, г. IX, X и XI конференциях молодых ученых «Навигация и управление движением», , , г. Публикации. По материалам диссертации имеется 8 опубликованных работ, из них 1 статья и 3 реферата докладов в научно-техническом журнале, рекомендуемом ВАК, 3 доклада в сборниках материалов докладов, проводимых в Санкт-Петербурге конференций молодых ученых «Навигация и управление движением» и 1 реферат доклада в сборнике трудов XVI международного научно-технического семинара в г. Алушта. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, содержащего наименования. Объем работы составляет 7 страниц, включая рисунков, 4 таблицы и 2 приложения. Расширение области применения метода многоальтернативной фильтрации на задачу оценивания доплеровского сдвига частоты эхосигнала. Результаты сопоставления эффективности работы банка стационарных фильтров Винера и байка нестационарных фильтров Калмана в поставленной задаче. Результаты сравнительного анализа точности и быстродействия при выработке оценок скорости методами максимума функции правдоподобия и м ногоал ьтер I гати в но й ф ил ьтра ци и. Результаты исследования чувствительности многоальтернативного банка фильтров Калмана к неточности знания структуры и параметров аппроксимирующей модели эхосигнала.