WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, ПРОШЕДШИХ НАЗЕМНУЮ ТРАССУ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН, И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ФАЗОВЫХ ПЕЛЕНГАТОРОВ ...»

УДК 537.876.2

На правах рукописи

КОЛЯДИН НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, ПРОШЕДШИХ НАЗЕМНУЮ ТРАССУ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН, И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В

ПРОЕКТИРОВАНИИ ФАЗОВЫХ ПЕЛЕНГАТОРОВ



Специальность 05.12.14 – Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Томск – 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР) Денисов Вадим Прокопьевич, доктор

Научный руководитель:

технических наук, профессор, профессор кафедры радиотехнических систем, ТУСУР Майстренко Василий Андреевич, доктор

Официальные оппоненты:

технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Средства связи и информационная безопасность» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ).

Суханов Дмитрий Яковлевич, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник обособленного структурного подразделения «Сибирский физикотехнический институт» при Томском государственном университете (ТГУ).

Федеральное государственное бюджетное

Ведущая организация:

учреждение «3 Центральный научноисследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации»

Защита состоится «23» декабря 2015 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, пр-т Ленина, 40, ТУСУР, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУР по адресу:

634034, г. Томск, ул. Красноармейская, 146 и на сайте ТУСУР:

http://www.tusur.ru/ru/science/education/dissertations/ Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные составителем и заверенные гербовой печатью организации,просим высылать по адресу:

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ТУСУР, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.268.04 Акулиничеву Ю.П.

Автореферат разослан « » октября 2015 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.268.04 доктор технических наук, профессор Ю.П. Акулиничев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В современных условиях задачи радиотехнической разведки и радиомониторинга свою актуальность не теряют. Системы радиомониторинга, одной из задач которых является определение местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), постоянно совершенствуются и развиваются [1]. Существуют различные методы определения координат ИРИ, но большинство из них не обходится без измерения угла прихода сигнала, называемого пеленгованием. Основными методами пеленгования являются амплитудный и фазовый. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. Исследования настоящей диссертационной работы ориентированы только на фазовый метод.

При пеленговании ИРИ неизбежно возникают погрешности, которые могут быть вызваны эффектами распространения радиоволн и качеством работы приемной аппаратуры [2]. Постоянное развитие и совершенствование элементной базы радиоэлектронных устройств позволяет снизить погрешности пеленгования, вызванные качеством работы приемной аппаратуры.

Погрешности пеленгования, вызванные эффектами распространения радиоволн, связанные с пространственно-временными искажениями электромагнитного поля в месте приема сигналов, не могут быть исключены путем применения более совершенной аппаратуры.

Исследования влияния пространственно-временных искажений электромагнитных волн на погрешности пеленгования начались еще в 50-х годах прошлого столетия. Такие работы проводились и в Томске коллективом сотрудников ТПИ и ТУСУРа. Из наиболее значимых можно отметить работы Г.С. Шарыгина, В.П. Денисова, Б.П. Дудко, Ю.П. Акулиничева, Ю.М.





Полищука, А.Г. Буймова. Однако при проведении экспериментальных исследований в то время использовалась аппаратура, которая позволяла регистрировать амплитудные и фазовые изменения с верхней граничной частотой до 20 Гц, то есть практически флуктуации огибающей и разности фаз на разнесённых антеннах от импульса к импульсу [3].

Используемые в настоящей диссертации экспериментальные данные получены с помощью более совершенной аппаратуры, разработанной и созданной коллективом НИИ РТС ТУСУР. Применяемая аппаратура позволяла регистрировать амплитудные и фазовые изменения с тактовой частотой 92 МГц, что соответствует временному интервалу 11 нс. Это дало возможность при работе по импульсным сигналам длительностью 300 нс проводить приблизительно 30 измерений амплитуды и разности фаз в течение длительности импульса. Многократное измерение параметров сигналов, а так же высокая чувствительность приемной аппаратуры позволяют оценить статистические характеристики как самих сигналов, так и их флуктуаций.

Анализ экспериментальных данных показал, что учет статистических характеристик флуктуаций параметров сигналов, проявляющихся в течение длительности принятого радиоимпульса, имеет влияние на разброс пеленга, полученного по совокупности принятых сигналов.

В связи с этим, задача изучения этого явления и способов уменьшения его влияния на пеленг является актуальной. Применение цифровой обработки сигналов значительно ускоряет и упрощает процедуру исследования структуры импульсных радиосигналов, под которой понимается амплитудно-фазовые соотношения, проявляющиеся в течение длительности радиоимпульсов.

Область исследований и использования полученных результатов ограничивается следующими условиями:

– частота несущих сигналов – Х-диапазон;

– наземные трассы распространения радиоволн открытого и закрытого типов, протяженностью до 30 км;

– длительность импульсных радиосигналов от 0,3 до 1 мкс;

– объект исследования – моноимпульсные фазовые пеленгаторы обзорного типа.

Современное состояние. Из доступной автору литературы видно, что вопросы изучения структуры сигналов и способы уменьшения влияния искажений структуры сигналов на работу радиосистем освещены достаточно широко. Однако основным прикладным направлением этих работ является совершенствование систем передачи цифровой информации. Системы передачи цифровых данных работают в условиях, отличных от условий работы систем радиомониторинга, что накладывает ограничения на применение основных результатов приведенных работ. Некоторые аспекты использования структуры сигналов в системах радиомониторинга приведены в работе Ворошилина Е.П.

[4], но они имеют иной прикладной характер, ориентированный в основном на оценку канала распространения радиоволн (РРВ). Таким образом, доступные автору литературные данные не позволяют разработать учитывающие искажения радиоимпульсов методы повышения точности работы фазовых пеленгаторов, что подчеркивает актуальность данной задачи.

Научно-техническая задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в определении структуры импульсных радиосигналов, прошедших наземную трассу РРВ, а также в разработке методов, уменьшающих влияние искажений импульсных радиосигналов на результаты пеленгования моноимпульсными фазовыми пеленгаторами. Решение данной задачи имеет существенное значение для совершенствования средств радиомониторинга и радиотехнической разведки.

Цель диссертационной работы – разработка методов цифровой обработки сигналов в обзорных фазовых пеленгаторах, минимизирующих погрешности пеленгования в реальных условиях работы станций радиотехнической разведки с учетом пространственно-временных искажений сигналов на трассах распространения радиоволн в течение длительности принимаемого радиолокационного импульса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

– выявить по литературным и экспериментальным данным причины искажений структуры импульсных радиосигналов, а также влияние искажений на результаты пеленгования;

– определить математическую модель трассы распространения и принимаемого сигнала, провести моделирование искажений импульсных радиосигналов на основании выявленных причин;

– провести экспериментальные исследования искажений импульсных радиосигналов, определить их статистические характеристики;

– на основании проведенных исследований предложить алгоритмы учета искажений структуры импульсных радиосигналов;

– проверить предложенные алгоритмы путём цифрового полунатурного моделирования на основе экспериментальных данных, полученных на наземных трассах.

Методы исследования. В ходе выполнения диссертационной работы для создания алгоритмов повышения точности фазовых пеленгаторов анализировались экспериментальные данные о фазовых и амплитудных искажениях радиоволн на наземных трассах. Анализ причин возникновения искажений импульсных радиосигналов выполнялся по математическим моделям с использованием реальных параметров трасс распространения радиоволн. Проверка разработанных алгоритмов повышения точности пеленгования выполнялась путем цифровой обработки экспериментальных данных.

В ходе решения поставленных задач были использованы известные методы описания процессов распространения радиоволн, таких как рассеяние и отражение радиоволн неровностями подстилающей поверхности. Для описания искажений импульсных радиосигналов и моделирования процесса прохождения сигнала через канал РРВ использовалась методика, приведенная в работе [4].

В диссертационной работе использованы экспериментальные данные, отражающие пространственно-временные амплитудные и фазовые искажения радиосигналов сантиметровых длин волн, полученные в ходе следующих работ:

– «Пространственно-временные модели ультракоротковолновых сигналов, распространяющихся вдоль неровной земной поверхности» в рамках ФЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006 – 2008 гг.);

– «Анализ и прогнозирование искажений СВЧ радиоволн и звуковых волн при их распространении в неоднородной тропосфере над неоднородной и неровной земной поверхностью. Экспериментальные исследования» в соответствии с государственным контрактом № 02.740.11.0232. от 07 июля 2009 г.;

– «Развитие учебно-научного радиофизического полигона ТУСУР» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)».

Обработка экспериментальных данных выполнялась на персональном компьютере с помощью пакета моделирования MatLAB 2013.

Научная новизна работы состоит в получении статистических характеристик флуктуаций разностей фаз, проявляющихся в течение длительности принятых радиоимпульсов, путем проведения полевых экспериментальных исследований на наземных трассах различного вида при работе по ИРИ со сканирующей направленной антенной, а также в их математическом описании и разработке методов, использующих информацию об этих характеристиках в целях повышения точности пеленгования. В известной автору литературе отечественного и зарубежного издания подобные эксперименты не описаны.

Теоретическая значимость работы состоит в получении экспериментальных зависимостей статистических характеристик амплитуднофазовых искажений радиосигналов, принятых на пространственно разнесенные антенны, проявляющихся в течение короткого радиолокационного импульса (длительность более 300 нс), и в создании соответствующей базы данных. На этом основании представлены математические модели фазовых искажений сигналов сантиметрового диапазона на наземных трассах РРВ, позволяющие оптимизировать обработку сигналов в процессе пеленгования.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в описании и программной реализации методов повышения точности фазовых пеленгаторов.

Результаты диссертационной были использованы при выполнении СЧ ОКР по договору с АО «ИСС им. Академика М.Ф. Решетнева», и при выполнении НИР по гранту РФФИ, о чём свидетельствуют акты внедрения. Результаты настоящей диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре радиотехнических систем ТУСУРа.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разность фаз сигналов, прошедших наземную трассу распространения радиоволн открытого или закрытого типов протяженностью до 30 км, и принятых на антенны фазового пеленгатора с базой 30 и более длин волн, имеющего полосу пропускания порядка 40 МГц, может изменяться на интервале времени, равном длительности принятого радиолокационного импульса, на десятки и сотни градусов в зависимости от ориентации направленной антенны ИРИ.

2. Изменение разности фаз сигналов, принятых на антенны фазового пеленгатора с фазометрической базой 30 и более длин волн, может использоваться для отбраковки аномальных пеленгов. Критерием отбраковки служит среднеквадратическое отклонение разности фаз на интервале времени, равном длительности принимаемого радиолокационного импульса.

3. Совместное применение методов отбраковки пеленгов в процессе устранения неоднозначности фазового пеленгатора и отбраковки пеленгов по среднеквадратическому отклонению разности фаз в интервале времени, равном длительности принятого радиолокационного импульса, позволяет повысить точность пеленгования (от 2 до 6 раз при отбраковке пеленгов от 21% до 87% в условиях проведенных экспериментов).

4. Усреднение разности фаз сигналов сантиметрового диапазона частот, принятых на антенны фазового пеленгатора с базой 30 и более длин волн, в течение первых 100-130 нс относительно переднего фронта принятого радиолокационного импульса позволяет повысить точность пеленгования ИРИ (до 5 раз по сравнению с усреднением разности фаз на всем интервале времени, равном длительности принятого радиолокационного импульса в условиях проведенных экспериментов).

Достоверность. Сформулированные в диссертационной работе выводы относительно методов повышения точности пеленгования фазовым методом основаны на результатах обработки экспериментальных данных, полученных на двадцати наземных трассах различного характера в зонах прямой видимости и дифракции. Эффективность предложенных методов повышения точности пеленгования подтверждена путём проведения полунатурных экспериментов с использованием экспериментальных данных.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях:

– «Проблемы создания технических средств мониторинга электромагнитного поля с использованием инновационных технологий», научно-техническая конференция, посвященная 100-летию «НИИ «Вектор». – С.-Петербург, 2008 г.;

– «Научная сессия ТУСУР-2009», всероссийская научно-техническая конференция, Томск, 2009 г.;

– «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2014), 24-я международная Крымская конференция, Севастополь, 2014 г.;

– «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2015), 25-я международная Крымская конференция, Севастополь, 2015 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, из них 5 – статьи в рецензируемых журналах, 10 – в сборниках докладов международных, всероссийских и региональных конференций (2 из них в изданиях перечня Scopus), 1 – коллективная монография.

Личный вклад. Автор диссертационной работы лично принимал участие в подготовке комплекса приемно-измерительной аппаратуры и в проведении полевых экспериментальных исследований в области распространения радиоволн сантиметрового диапазона на пересечённых наземных трассах в период с 2006 по 2010 года. Им лично обработаны экспериментальные данные, выявлены причины возникновения искажений структуры импульсных радиосигналов, разработаны методы повышения точности пеленгования, проведена проверка разработанных методов на экспериментальных данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем работы составляет 148 страниц, содержит 113 рисунков, 14 таблиц.

Список использованной литературы включает 78 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задача работы, приведены сведения о научной новизне, практической значимости и определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Многобазовые фазовые пеленгаторы» рассмотрены принципы работы и особенности фазовых пеленгаторов. Описаны 2 метода устранения неоднозначности фазовых измерений. Проанализированы причины возникновения искажений сигналов, приводящих к ошибкам пеленгования, а также экспериментальные исследования пространственно-временных искажений радиосигналов, проведенные ранее. Сделаны выводы о том, что основным источником погрешности является многолучевое распространение сигналов.

Во второй главе «Теоретическая оценка влияния многолучевости»

описано влияние многолучевого распространения радиоволн на фазу и разность фаз импульсных радиосигналов в месте приема, представлен выбор и обоснование модели многолучевого канала РРВ, проведено моделирование прохождения сигналом канала РРВ путем использования импульсной характеристики реальной трассы.

В разделе 2.1 описываются подходы к моделированию многолучевого канала [5]. Учитывая специфику настоящей работы, делается выбор в пользу модели канала РРВ в виде линейного фильтра с параметрами, постоянными в течение длительности радиоимпульса, но изменяющимися от импульса к импульсу.

В разделе 2.2 представлена методика оценки импульсной характеристики канала по экспериментальным данным [4]. Приведены примеры работы описанного метода путем оценки импульсных характеристик открытой и закрытой трасс.

В разделе 2.3 описано влияние многолучевого распространения радиоволн на фазу принимаемого сигнала в месте приема. Рассмотрение приведено для двух случаев. В первом случаем рассматривается влияние одного отраженного луча на фазу принимаемого сигнала. Во втором случае рассматривается влияние совокупности отраженных от препятствий лучей на фазу принимаемого сигнала.

В разделе 2.4 описано влияние многолучевого распространения радиоволн на разность фаз сигналов, принятых на разнесенные в пространстве антенны.

Аналогично п. 2.3 рассматриваются 2 случая: влияние одного отраженного от препятствия луча, и влияние совокупности отраженных от препятствий лучей на разность фаз сигналов в месте приема.

В разделе 2.5 приведены результаты моделирования многолучевого канала путем использования импульсной характеристики канала, оцененной по экспериментальным данным. Результаты моделирования показывают, что, действительно, многолучевое распространения радиоволн влияет на фазу в течение длительности радиоимпульса. С помощью моделирования определяется минимальная длительность сигнала на входе канала для условий, рассматриваемых в диссертационной работе.

В третьей главе «Экспериментальное исследование фазовой структуры импульсных радиосигналов на наземных трассах в зонах прямой видимости и дифракции» приведены результаты экспериментальных исследований.

В разделе 3.1 описаны условия и методика проведения эксперимента.

Стоит отметить, что различные по характеру препятствий трассы РРВ были образованы путем перемещения передающего пункта по различным позициям, приемный пункт находился в одном и том же места на протяжении всего эксперимента.

В разделе 3.2 описана аппаратура экспериментальных исследований.

Загрузка...

Особенностью приемно-измерительного комплекса является регистрация сигналов с частотой дискретизации 92 МГц. Это позволило проводить измерения амплитуды и разности фаз сигналов с периодом 11 нс. Упрощенная структурная схема экспериментальной установки на базе одного приемного тракта изображена на рисунке 1.

На схеме обозначено: СМ – смеситель; УПЧ – усилитель промежуточной частоты; КВД – квадратурный демодулятор; ОГ – опорный генератор; АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

Рисунок 1 – Упрощенная структурная СС – система синхронизации, Прд – схема экспериментальной установки передатчик.

Система синхронизации обеспечивает одновременный запуск генератора источника излучения и АЦП, благодаря чему, момент прихода сигнала всегда известен и в обнаружении сигнала нет необходимости.

Из квадратурных компонент сигнала по известным формулам вычисляется огибающая и разность фаз:

U j (it ) Q 2 (it ) I 2 (it ), j 0,..., 7 (1) j j

–  –  –

где U – огибающая сигнала, Q, I – квадратурные компоненты сигнала, it – дискретное время ( i 0,1,2...., t 11 нс), – разность фаз, j, k – номера приемных каналов.

Антенная система пеленгатора состоит из 8 рупорных антенн, 4 из которых ориентированы на прием сигналов вертикальной поляризации, 4 – горизонтальной. Антенные элементы расположены таким образом, что позволяют образовать 2 симметричных фазометрических базы размером 18 см (малая база) и 90 см (большая база). Антенные элементы, а также конфигурация их расположения предоставлены «НИИ «Вектор» (г. С.–Петербург) в качестве испытуемой антенной системы фазового пеленгатора.

В разделе 3.3 описаны характеристики трасс, на которых проводились исследования.

В разделе 3.4 приведена база экспериментальных файлов, полученных в ходе исследований в 2008 и 2010 годах.

В разделе 3.5 приведены результаты экспериментальных исследований флуктуаций разности фаз в течение длительности принимаемого радиоимпульса. Представлена методика вычисления статистических характеристик разности фаз в течение длительности принимаемого радиоимпульса, проведена оценка многомерного закона распределения внутриимпульсной разности фаз.

Используя методику, описанную в пункте 3.5.1, были получены числовые характеристики внутриимпульсных флуктуаций разности фаз [3]. Для этого были использованы файлы экспериментальных данных, содержащие порядка 1000 записанных импульсных сигналов в виде квадратурных составляющих.

Сигналы регистрировались в наведенном режиме, то есть антенны пеленгатора и источника излучения во время регистрации сигнала оставались неподвижными. Статистические характеристики внутриимпульсных флуктуаций разности вычислялись по данным, полученным на 19 наземных трассах при 5 фиксированных углах (-6°, -3°, 0°, 3° и 6°) отворота антенны ИРИ относительно направления на пеленгатор. На рисунке 2 приведены СКО разности фаз, посчитанные от одного «мгновенного» отсчета к другому в течение длительности импульса. Зависимости представлены для двух случаев, антенна ИРИ направлена на пеленгатор (пунктир), антенна ИРИ отвернута от пеленгатора на –6° (сплошная).

Рисунок 2 – СКО разности фаз в зависимости от сечения импульса, угол отворота антенны ИРИ 0° (пунктир) и –6° (сплошная) Как видно, при наведении антенны ИРИ на пеленгатор СКО разности фаз практически не изменяется в течение длительности принимаемого импульса.

Это говорит о том, что от импульса к импульсу разность фаз в течение его длительности изменяется в небольших пределах и не зависит от временного сечения импульса. При отвороте антенны ИРИ от направления на пеленгатор СКО разности фаз возрастает с удалением временного сечения импульса от его переднего фронта. Это говорит о том, что разность фаз в течение длительности импульса изменяется, причем наибольшая разница в значениях наблюдается ближе к его концу. Очевидно, что пеленгование по таким сигналам приведет к значительным ошибкам.

По совокупности измерений на всех трассах была проведена аппроксимация СКО разности фаз, измеренной в течение длительности импульса, в зависимости от угла поворота антенны РЛС.

В общем случае, наблюдается линейное увеличение СКО разности фаз в течение длительности импульса, которое можно описать уравнением :

(, ti ) i0 b, (3)

– угол отворота антенны РЛС от направления на пеленгатор; i0 – СКО, где

–  –  –

В четвёртой главе «Алгоритмы обработки разности фаз сигналов на основе полученных экспериментальных данных» представлены методы повышения точности пеленгования, основанные на результатах экспериментальных исследований.

В разделе 4.1 представлен метод повышения точности пеленгования путем отбраковки импульсов, приводящих к аномальным ошибкам пеленгования [6].

Критерием отбраковки служит СКО разности фаз в течение длительности принимаемого импульса: если оно больше некоторого порогового значения, то импульс исключается из обработки.

Зависимости среднего значения и СКО разности фаз в течение длительности импульса от угла поворота антенны РЛС представлены на рисунке 4. Видно, что импульсы с большим значением СКО внутриимпульсной разности фаз приводят к флуктуациям разности фаз от импульса к импульсу на сотни градусов. Очевидно, что чем меньше пороговое значение СКО, тем меньше остается принятых импульсов, позволяющих вычислить пеленг ИРИ.

–  –  –

полученные при работе по сканирующему источнику. Сектор углов поворота антенны РЛС, в котором проводилась обработка, ограничивался величиной ±50°. Пороговое значение СКО изменялось от 5° до 150°. При каждом пороговом значении СКО вычислялось СКО пеленга по оставшимся импульсам и количество исключенных импульсов. На открытой трассе при пороговом значении СКО равном 5°, СКО пеленга на базе 30 составило 0,05°, притом, что исключилось из обработки до 31% принятых импульсов. При пороговом значении СКО равном 150°, СКО пеленга составило 0,15°. На закрытой трассе, при тех же условиях, отношение СКО пеленга достигает 8,4 раза и снижается до 0,12° при исключении 99% принятых импульсов.

Как видно, исключение из обработки импульсов, приводящих к аномальным ошибкам пеленгования, приводит к общему повышению точности пеленгования, но при этом из обработки исключается большие число импульсов. Отметим, что при работе станций разведки по импульсным РЛС, частота повторения импульсов которых, как правило, не меньше 200 имп/с, потеря большого в процентном отношении количества импульсов не приводит к потере возможности пеленгования.

В разделе 4.2 приведен второй метод повышения точности пеленгования фазовым методом путем исключения импульсов, приводящих к аномальным ошибкам. Метод заключается в сравнении измеренных значений разности фаз на всех фазометрических базах многобазового пеленгатора [7]. В диссертационной работе метод проверен на двухбазовом пеленгаторе с соотношением баз, равным 5. При устранении неоднозначности фазовых измерений возникают ошибки при вычислении количества утерянных периодов разности фаз. Ошибка, при которой возникает сбой, соответствует половине сектора однозначности большой базы. Можно исключить грубые измерения разности фаз, установив, что угловая разница между отсчетами по большой и малой базам не должна превосходить некоторого порога, меньшего, чем / 2l2 ( l2 – размер большой базы).

Алгоритм устранения неоднозначности при этом записывается следующим образом: выбирается целое число периодов разности фаз на большой базе k *, при котором:

l2 1 1 2 2 k *, где 1 – измеренная разность фаз на малой l1 базе размером l1, 2 – измеренная разность фаз на большой базе размером l2, k * – количество утерянных периодов разности фаз, – порог, 0,5.

Описанный алгоритм можно применять к каждому отсчету разности фаз в течение длительности импульса.

Применение алгоритма, при =0,3, позволяет снизить погрешность пеленгования в секторе углов антенны РЛС ±50° до 0,06° на открытой трассе при исключении 4% принятых импульсов ( l2 / 30 ).

В разделе 4.3 представлены результаты совместного применения описанных выше методов [6]. Условия проверки совместного применения методов повышения точности аналогичны рассмотренным выше, при этом порог по СКО внутриимпульсной разности фаз составлял 20°, а порог для метода устранения неоднозначности =0,3. В этих условиях, применение описанных методов позволяет снизить погрешность пеленгования на открытой трассе в 2,2 раза и достичь значения 0,05° (при исключении 21% импульсов).

На закрытой трассе погрешность пеленгования удалось снизить в 6 раз и достичь значения 0,16° (при исключении 87% импульсов).

В разделе 4.4 представлено экспериментальное определение участка измерения разности фаз в течение длительности принимаемого импульса, в котором предполагается вести измерения. Критерием оптимальности, в данном случае, выступает минимум СКО пеленга за время измерения, посчитанное по совокупности импульсов. Такой подход к использованию только некоторой части внутриимпульсных отсчетов разности фаз получил название «режим отсечки». Определено, что оптимальным участком для измерения разности фаз являются первые 100-120 нс относительно переднего фронта. Усреднение разности фаз на этом интервале позволяет снизить погрешность пеленгования до 2 раз на открытых трассах, и до 4,5 раз на закрытых трассах, по сравнению с усреднением в течение всей длительности импульса. При этом из обработки не исключаются принятые импульсы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Рассмотрены принципы работы фазового пеленгатора и возникновения ошибок пеленгования, вызванных как эффектами распространения радиоволн на трассе РРВ, так и методикой обработки измеренных значений разности фаз.

Проведен анализ экспериментальных данных, полученных ранее при исследовании пространственно-временных искажений сигналов в 50-70 годах.

2. Проведена теоретическая оценка влияния многолучевости на погрешность пеленгования фазовым методом, смоделировано прохождение сигналов через канал РРВ с характеристиками, близкими к реальным. На основании полученных результатов сделан вывод об условиях применения рассматриваемых методов повышения точности пеленгования.

3. Проведены полевые исследования амплитудно-фазовой структуры импульсных радиосигналов Х-диапазона длительностью 300 нс излученных радиолокационной станцией с узконаправленной антенной, работающей в режиме кругового сканирования. Приемно-измерительный комплекс представлял собой четырехканальную измерительную установку с максимальным разносом приемных антенн равным 30 длин волн, полосой пропускания приемного тракта порядка 40 МГц и цифровой регистрацией амплитуд и разностей фаз сигналов с периодом дискретизации 11 нс, работающую в режиме реального времени. В течение принимаемого импульса производилось 30 и более измерений, что позволило оценить изменения разности фаз в течение длительности импульса. В известной нам отечественной и зарубежной литературе подобные экспериментальные исследования не описаны.

4. Показано, что искажения структуры импульсных радиосигналов существенно зависят от вида трассы и ориентации направленной антенны ИРИ.

Проведено их статистическое описание.

5. Предложены методы повышения точности пеленгования фазовым методом, основанные на моноимпульсной оценке пригодности к пеленгованию каждого отдельного принятого радиоимпульса путем измерения изменения разности фаз в течение его длительности.

6. На экспериментальных данных доказана эффективность применения разработанных методов повышения точности, путем исключения из обработки импульсов, приводящих к аномальным ошибкам пеленгования. В условиях эксперимента применение этих методов позволило снизить погрешность пеленгования до 0,05° на открытых трассах и до 0,16° на закрытых, при использовании пеленгатора с базой 30. При этом из обработки было исключено до 21% и до 87% импульсов, соответственно.

7. Для режима отсечки определен оптимальный интервал времени в течение длительности принятого радиоимпульса, усреднение разности фаз в котором позволяет повысить точность пеленгования без исключения пеленгов.

Список цитируемой литературы 1. «Радиоэлектронная борьба: радиоразведка и радиопротиводействие» под ред. Цветнова, Изд. МАИ 1998г.

2. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы: Монография. – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2002. – 251 с.

3. Пространственно-временные искажения сантиметровых радиосигналов на наземных трассах распространения и их влияние на точность пассивных систем местоопределения : моногр. / В.П. Денисов [и др.] ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Денисова. – Томск : Изд-во ТУСУР, 2014. – 502 с.

4. Ворошилин Е.П. Влияние трассы распространения радиоволн на точность пассивных наземных систем местоопределения с антенными системами в виде линейных решеток. Дисс. канд. техн. наук: 05.12.14/ ТУСУР. – Томск, 2009.

ДСП – 176 с.

5. Кулемин Г.П., Рассказовский В.Б. Рассеяние радиоволн миллиметрового диапазона поверхностью земли под малыми углами. – Киев: Нукова думка, 1978. – 232 с.

6. Колядин Н.А. Анализ совместного применения методов устранения аномальных ошибок в фазовых пеленгаторах, работающих по сканирующему источнику на приземных трассах / А.С. Аникин, В.П. Денисов, Н.А. Колядин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – № 3(29). – С.5 – 14.

7. Денисов В.П., Колядин Н.А., Крутиков М.В., Скородумов М.П.

Экcпериментальные исследования антенной системы двухбазового фазового пеленгатора на наземных трассах // Вопросы радиоэлектроники. Выпуск 2. – Москва, 2009 г. – стр. 10-16.

Публикации по теме диссертации Публикации в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК

1. Денисов В.П., Колядин Н.А. Исследования антенной системы фазового пеленгатора на наземных трассах // Доклады ТУСУР. Часть 1. – Томск, 2009г. – стр. 7-14.

2. Денисов В.П., Колядин Н.А., Крутиков М.В., Скородумов М.П.

Экcпериментальные исследования антенной системы двухбазового фазового пеленгатора на наземных трассах // Вопросы радиоэлектроники. Выпуск 2. – Москва, 2009 г. – стр. 10-16.

3. Денисов В.П. Устранение аномально больших ошибок в двухбазовых фазовых пеленгатора, работающих по сканирующему источнику излучения / В.П. Денисов, Н.А. Колядин, К.Е. Мухомор, М.П. Скородумов // Радиотехника.

-2013. -№ 2. -С. 10-17.

4. Аникин А.С. Анализ зависимости разности фаз на антеннах фазового радиопеленгатора от ориентации направленной антенны источника радиоизлучения в условиях пересечённой местности / А.С. Аникин, В.П.

Денисов, М.В. Крутиков, Н.А. Колядин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – № 2(28). – С.5 – 14.

5. Аникин А.С. Анализ совместного применения методов устранения аномальных ошибок в фазовых пеленгаторах, работающих по сканирующему источнику на приземных трассах / А.С. Аникин, В.П. Денисов, Н.А. Колядин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – № 3(29). – С.5 – 14.

Публикации в сборниках всероссийских и международных конференций

6. В.П. Денисов, М.В. Крутиков, Н.А. Колядин Экспериментальные исследования двухбазового фазового пеленгатора на наземной трассе // Всероссийская научная конференция РРВ. – Ростов-на-Дону, 2008. – С. 125Н.А. Колядин, Е.Н. Грицаенко, М.В. Крутиков Экспериментальная оценка точности пеленгования по внутриимпульсным фазовым измерениям на наземных трассах прямой видимости в сантиметровом диапазоне // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем. – Ульяновск, 2007. – С. 146-148.

8. Н.А. Колядин, Е.Н. Грицаенко, М.В. Крутиков. Внутриимпульсные характеристики разности фаз сантиметровых радиосигналов, принятых на наземных трассах // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем. – Ульяновск, 2007. – С. 151-153.

9. Н.А. Колядин, Е.Н. Грицаенко Точность пеленгования источников излучения радиосигналов на приземных трассах // Электронные средства и системы управления. – Томск, 2007. – С. 19-21.

10. Денисов В.П., Крутиков М.В., Колядин Н.А., Скородумов М.П..

Экспериментальное исследование антенной системы двухбазового фазового пеленгатора на наземных трассах. – труды научной конференции посвященной 100-летию «НИИ «ВЕКТОР» «Научно-технические проблемы в промышленности». г. Санкт-Петербург. 2008 г. – стр. 20-24.

11. В.П. Денисов, Н.А. Колядин. Исследование возможности исключения аномальных ошибок в фазовых пеленгаторах, работающих по сканирующему источнику // Научная сессия ТУСУР: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.

Ч.1. – Томск: В-Спектр, 2009 г. – стр. 26-29.

12. Денисов В.П., Колядин Н.А., Мухомор К.Е., Скородумов М.П.

Алгоритм устранения аномально больших ошибок в фазовых пеленгаторах, работающих по сканирующему источнику // 16 научная конференция «Радиолокация, радионавигация и связь». – Воронеж, 2010 г.

13. Колядин Н.А. Статистические характеристики внутриимпульсных пространственно-временных флуктуаций разности фаз на приземных трассах. // Научно-техническая конференция «Научно-технические проблемы в промышленности: инженерные и производственные проблемы создания технических средств мониторинга электромагнитного поля с использованием инновационных технологий», Санкт-Петербург, 29-31 мая 2012 г.: Труды конференции. – СПб.:К-8, 2012. – стр. 153-159.

14. Колядин Н.А. Экспериментальные исследования внутриимпульсных разностей фаз / Н.А. Колядин, В.П. Денисов, К.Е. Мухомор // Матер. докл. 24-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2014). Севастополь, 7–13 сентября 2014 г.: материалы конф. В 2 т. – Севастополь: Вебер, 2014. – С.

1109–1110.

15. Колядин Н.А. Юстировка фазового пеленгатора по реперу на наземной трассе / Н.А. Колядин, В.П. Денисов, М.В. Крутиков // Матер. докл. 25-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2015). Севастополь, 6–12 сентября 2015 г.: материалы конф. В 2 т. – Севастополь: Вебер, 2014. – С. 910– 911.

Монографии

16. Пространственно-временные искажения сантиметровых радиосигналов на наземных трассах распространения и их влияние на точность пассивных систем местоопределения : моногр. / В.П. Денисов, Г.С. Шарыгин, М.В.

Крутиков, В.Ю. Лебедев, А.А. Мещеряков, Д.В. Дубинин, Е.П. Ворошилин, А.А. Гельцер, Н.А. Колядин, В.Г. Корниенко, К.Е. Мухомор ; под общ. ред. дра техн. наук, проф. В.П. Денисова. – Томск: Изд-во ТУСУР, 2014. – 502 с.



Похожие работы:

«Ахметов Денис Булатович СИНТЕЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Научный...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.