Моделирование измерений радиотепловых контрастов в задаче поиска и сопровождения объектов

• Автор: Бухаров, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 183 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЕЙ РАДИОМЕТРОВ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАДИОТЕПЛОВЫХ КОНТРАСТОВ

1.1 Измерения радиотепловых контрастов

1Л Л Основные закономерности радиотсплового излучения

1Л .2 Измерение радиотепловых контрастов реальных объектов

1Л .3 Модель измерения радиотегиювых контрастов радиометрическим

измерителем.

1Л .4 Оценка погрешностей измерения.

1Л .5 Результаты экспериментальных измерений яркостных температур

типовых поверхностей

1.2 Анализ современных методов моделирования процессов восстановления радиотепловых контрастов.
1.2.1 Постановка задачи моделирования процессов восстановления
радиотепловых контрастов
1.2.2 Существующие линейные методы моделирования
1.3 Исследование существующих методов моделирования и выбор оригинальной модели повышения точности определения координаты объекта в режиме сопровождения
1.3.1 Постановка задачи моделирования повышения точности
определения угловых координат.
1.3.2 Существующие методы моделирования измерения координат
объекта при сопровождении.
1.4 Анализ современных моделей измерителей радиотепловых сигналов .
1.4.1 Модель компенсационного измерителя
1.4.2 Модель модуляционного измерителя
1.4.3 Модель аддитивношумового измерителя
1.4.4 Модель корреляционного измерителя.
1.5 Выводы но главе
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАДИОМЕТРА С МОНОИМПУЛЬСНОЙ АНТЕННОЙ СИСТЕМОЙ
2.1 Измерение радиотепловых сигналов с помощью двух антенн с диаграммами направленности, равноотклоненными от равносигнального направления.
2.2 Модель радиометра с моноимпульсной антенной системой
2.2.1 Модель радиометра с парциальной диаграммой направленности
2.2.2 Модель радиометра с равновесной и неравновесной коммутацией парциальных каналов
2.2.3 Модель радиометра с неравновесной коммутацией между суммарным и разностным каналами
2.3 Построение оригинальных моделей измерителей на основе разработанной модели радиометра с моноимпульсной антенной системой .
2.4 Выводы по главе 2.
3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОТЕПЛОВЫХ КОНТРАСТОВ ОБЪЕКТОВ.
3.1 Построение модели процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме поиска
3.1.1. Синтез методов оптимального оценивания в модели процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме поиска.
3.1.2. Разработка алгоритма, реализующиго процесс измерения радиотепловых контрастов объектов при поиске, с учтом оптимизации точности углового измерения.
3.1.3. Анализ погрешностей измерения радиотепловых сигналов в модели процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме поиска
3.2 Синтез тракторного фильтра на основе существующего метода оптимальной фильтрации в модели процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме сопровождения.
3.3 Разработка обобщенного алгоритма, реализующего процесс измерения радиотепловых контрастов объектов при поиске и сопровождении с учтом особенностей работы радиометра в БРЛС
3.4 Выводы по главе
4 РЕЗУЛЬТАТЫ Т ЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ.
4.1 Моделирование процесса измерения радиотепловых контрастов объектов.
4.1.1 Описание математической модели процесса измерения
радиотепловых контрастов объектов
4.1.2 Исходные данные для проведения моделирования процесса измерения радиотепловых контрастов объектов
4.1.3 Моделирование процесса измерения радиотепловых контрастов объектов при поиске
4.1.4 Моделирование процесса измерения радиотепловых контрастов объектов при сопровождении.
4.1.5 Анализ погрешности измерения координаты объекта при поиске
4.1.6 Анализ погрешности измерения координаты объекта при сопровождении
4.1.7 Результаты моделирования процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме поиска
4.1.8 Результаты моделирования процесса измерения радиотепловых контрастов объектов в режиме сопровождения.
4.2 Экспериментальное исследование разработанных моделей с использованием предложенных алгоритмов.
4.2.1 Основные характеристики РМК
4.2.2 Описание работы РМК
4.2.3 Лабораторные исследования
4.2.3.1 Калибровка радиометра.
4.2.3.2 Исследование шумовой температуры и приведенной
чувствительности радиометра
4.2.4 Натурное исследование разработанных моделей с использованием предложенных алгоритмов с целью оценки их адекватности.
4.2.4.1 Проверка калибровки радиометра.
4.2.4.2 Интерпретация натурного эксперимента радиометрического измерителя на основе математической модели процесса измерения радиотепловых контрастов объектов.
4.3 Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ К ДИССЕРТАЦИИ.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ


Во второй главе разработана математическая модель радиометра с МАС, в которой учтено получение коммутируемых сигналов при помощи МАС амплитудного типа с суммарноразностным преобразователем или без него и ослабление одного из коммутируемых сигналов. Разработанная математическая модель радиометра с моноимпульсной антенной системой отличается от существующих в настоящее время моделей модуляционных радиометров возможностью получения более высокого результирующего углового разрешения в условиях флюктуационных шумов без увеличения апертуры антенны при поиске и сопровождении объектов. Также представлена полученная на основе математической модели радиометра с МАС схемная реализация радиометрического измерителя как составной части общей схемы многофункциональной БРЛС. В третьей главе на основе математической модели радиометра с МАС, линейных методов оптимального оценивания и метода оптимальной фильтрации Калмана была создана математическая модель процесса измерения радиотепловых контрастов объектов, позволяющая повысить точность углового измерения при поиске и сопровождении объектов без увеличения апертуры антенны. Также были синтезированы алгоритмы, реализующие процесс измерения радиотепловых контрастов объектов при поиске и сопровождении с учтом особенностей работы радиометра в БРЛС. В четвертой главе представлены результаты математического моделирования по предложенным алгоритмам поиска и сопровождения с целью проверки их работоспособности, результаты реализации работы радиометрического канала БРЛС в режиме поиска, а также показана адекватность разработанных моделей и алгоритмов совпадением результатов математического моделирования и натурных испытаний в режиме поиска. В заключении сформулированы основные теоретические и практические результаты работы. Дальнейшей перспективой продолжения работы должно стать проведение экспериментальных исследований разработанных моделей с использованием программно реализованных алгоритмов при сопровождении объектов, а также в сложных погодных условиях главным образом при наличии развитого ветрового волнения. Возможные области применения вышеописанных моделей решение задач поиска и сопровождения при самонаведении самолета или снаряда на объект. Радиометрический канал может быть использован как эффективный доводочный канал в составе БРЛС обзора с МАС. В приложениях приводятся листинги программ, сборочный чертеж реализованного на основе модели радиометра в составе БРЛС е МАС и акты о реализации и внедрении результатов диссертационной работы. Физическая сущность теплового излучения заключается в преобразовании внутренней тепловой энергии излучающего тела в энергию электромагнитного поля, распространяющегося за пределы излучающего тела. Это преобразование выполняется множеством элементарных осцилляторов, возбуждаемых тепловым движением микроскопических частиц вещества. Спектральное распределение теплового излучения зависит от средней энергии Е этих осцилляторов. Тгд термодинамическая температура. Сигналы собственного радиотсплового излучения тел по своей природе существенно отличаются от радиолокационных сигналов, отражаемых этими телами. Как известно, радиотепловое излучение реальных нечерных тел, кроме температуры, определяется их поглощательной способностью. Возможность наблюдать объекты обусловлена, главным образом, различием их поглощательной способности. Интенсивность излучения тела зависит от его температуры Тгл. Для абсолютно черного тела АЧТ, которое полностью поглощает падающую на него лучистую энергию и переводит ее в тепло, яркость излучения описывается формулой Планка рисунок 1. К кТ. И 6,5 ДжТц 1 постоянная Планка с скорость распространения электромагнитных колебаний частота излучения. Ам длина волны, при которой наблюдается максимум В,, максимум теплового излучения земной поверхности и обычно наблюдаемых объектов лежит в инфракрасном диапазоне . Рис. Для сантиметрового и миллиметрового диапазонов частоты Гц справедливо неравенство ИкТ1Л, выражение 1. Тогда выражение 1. А длина волны. Выражение 1. Релея Джинса, позволяет при расчете энергетических характеристик радиотеплолокационных систем пользоваться температурой излучающего АЧТ. Как видно из формулы 1.