Алгоритм угломерно-доплеровского измерения отклонений препятствий относительно предполагаемого курса носителя измерителя

Значение оценки профиля подстилающей поверхности при неподвижном носителе. Анализ структурной схемы оптимального измерителя профиля отражающей поверхности. Структура алгоритма измерения профиля применительно к условиям получения оценки отклонения.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 06.04.2011
Размер файла 239,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

АЛГОРИТМ УГЛОМЕРНО-ДОПЛЕРОВСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ПРЕПЯТСТВИЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ПРЕДПОЛАГАЕМОГО КУРСА НОСИТЕЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ

При неподвижном носителе оценка профиля подстилающей поверхности позволяет обеспечить безаварийный курс его перемещения, определяя опасные препятствия в заданном направлении [1].

Однако из анализа структурной схемы оптимального измерителя профиля отражающей поверхности [1] следует, что в опорных сигналах пространственно-временных корреляторов используется выходной сигнал измерителя, что может привести к потере устойчивости. Кроме того, в состав измерителя входят блоки оценки пространственной ковариационной матрицы входной смеси сигнала и некоррелированного шума, а выполняемые в них операции приводят к нежелательному увеличению времени анализа.

Для сосредоточенных в азимутальной плоскости препятствий оценку ковариаций можно заменить угломерными оценками, так как ковариация также характеризует направление прихода, отраженного относительно оси антенной системы. В то же время при неизвестной скорости носителя вызывает затруднение формирование опорных функций корреляторов. Перечисленные недостатки не позволяют реализовать синтезированную структуру алгоритма измерения профиля применительно к условиям получения оценки отклонения hs(t) опасного препятствия относительно предполагаемого курса носителя РЛС как в угломестной, так и в азимутальной плоскостях.

Следует отметить, что для получения текущей оценки hs(t) можно использовать собственное движение носителя РЛС, создающее дополнительную «окраску» по частоте D отраженного от поверхности сигнала в угломестной и азимутальной плоскостях в соответствии с формулой

, (1)

где А, А - углы ориентации оси антенной системы относительно линии движения носителя приемной антенны; , - отклонение направления на элементы разрешения по дальности на отражающей поверхности относительно оси антенной системы в пределах ширины диаграмм направленности (ДН), соответствующих произведениям передающей и парциальных приемных ДН антенны, состоящей из блоков антенной решетки (АР).

При движущемся носителе измеритель опасных препятствий можно построить на основе зависимости доплеровского приращения частоты эхосигнала, в котором корреляторы заменены следящими фильтрами или анализаторами спектра входных сигналов. Доплеровское смещение частоты сигнала, отраженного от элементов дальности, находящихся на линии движения носителя, будет максимальным и определяется скоростью носителя, а расстояние от отражающих участков поверхности до опорной горизонтальной поверхности зависит от разности доплеровских частот fDm и fD, где fDm = 2V/, а fD = 2Vcos / ; - угол места отражающего участка поверхности относительно предполагаемого курса носителя. Так как h = Rsl sin , где Rsl - дальность до отражающего элемента поверхности, то h = Rsl sin arccos [fD 0,5/V] = Rsl [1 - (fD/ fDm)2]1/2. Следовательно, по измеренным fDm и fD можно рассчитать hs. Однако если вершина сосредоточенного по азимуту препятствия смещена по азимуту на угол , то частота fD будет зависеть от так же, как и от в соответствии с формулой (1). Тогда расстояние hs можно определить по более точной формуле

, (2)

где s - отклонение препятствия по азимуту относительно оси антенной системы.

Таким образом, для измерения hs с большей точностью необходимо учесть и угол s отклонений препятствия относительно линии полета по азимуту, в противном случае возникнет систематическая погрешность измерения.

Выделяя сигнал, имеющий максимальную доплеровскую частоту, из параметров спектра отраженного сигнала на участке дальности, близком по направлению к курсу носителя, и в заданном элементарном интервале разрешения по дальности можно по соотношению частот этих сигналов определить отклонение hs при s = 0 по формуле (2). Такой измеритель имеет ограниченное применение для препятствий, расположенных непосредственно на направлении перемещения носителя или с гладкими в азимутальной плоскости вершинами. Если же препятствие сосредоточено в азимутальной плоскости и маневр по его преодолению возможен не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях, то систематическая погрешность в оценке hs имеет нежелательные последствия.

Используя для получения оценки hs пеленгационный метод измерения отклонения препятствия по азимуту s относительно равносигнального направления (РСН) антенной системы и корреляционный метод оценки частот fDm на участке дальности вблизи РСН и fD на заданной дальности Rsl, можно построить алгоритм измерения по структурной схеме, представленной на рис. 1, где использованы следующие обозначения: 11, 21,…, N1 и 12, 22,…, N2 - первый и второй наборы корреляторов; s01(t), s02(t),…, s0N(t) - опорные функции (или их отсчеты); X, Xs - векторы входных сигналов суммарного и разностного каналов; СД - селектор строба дальности; УД - угловой дискриминатор; ВПР - операция вычисления ; БУ - блок управления; ОНМ - операция определения номера наибольшего значения максимума; ОМ и ОН - операция отбора максимума и определение его номера; оценки параметров обозначены знаком (*).

Угловой дискриминатор (УД) используется для оценки s по сигналам на выходах АР (X и Xs ) с горизонтально расположенными антенными блоками после вычисления суммы и разности, а вычислитель (ВПР) обеспечивает определение hs по формуле (2).

Блок управления (БУ) осуществляет синхронизацию стробирования по дальности, определение номера спектральной составляющей с максимальной частотой и вычисление hs. Опорные сигналы so1(t), so2(t), …, soN(t) с различными частотами выбираются исходя из обеспечения наилучшей разрешающей способности по частоте вблизи линии движения носителя, чем обеспечивается снижение числа каналов N, а значит, повышение быстродействия алгоритма. Наборы корреляторов (рис. 1) могут быть заменены на параллельные анализаторы спектра или в цифровых устройствах - на алгоритм БПФ при вычислении коэффициентов Фурье с номерами, соответствующими

,

где Ent {} - операция выделения целой части.

Рис. 1. Структурная схема получения оценок пеленгационным методом

Представленный алгоритм измерения может быть реализован в бортовой специализированной ЭВМ с учетом использования базовых операций для построения многопроцессорной вычислительной системы с распараллеливанием операций.

Для случая обнаружения аномальных значений в реализации нестационарного случайного процесса выбирать значение коэффициента только по оценкам среднеквадратического отклонения шумовой составляющей процесса является нецелесообразным, так как наличие аномальных значений существенно влияет на погрешность оценки полезной составляющей процесса и, как следствие, на оценку среднеквадратического отклонения разностного процесса. Следует также отметить, что на каждом интервале разбиения значение коэффициента не может быть фиксированным.

В связи с этим предлагается ввести адаптацию порогового значения о назначении штрафов по коэффициенту относительно априорно фиксированного значения вероятности ошибки первого рода. С этой целью проведены исследования зависимости коэффициента от объема выборки , от значения среднеквадратического отклонения случайного процесса для различных стационарных процессов при априорно фиксированных значениях вероятности ошибки первого рода .

В результате получены зависимости выборочных значений коэффициента от объема исследуемой выборки и среднеквадратического отклонения шумовой составляющей процесса, то есть . Входная реализация представляет собой стационарный центрированный гауссовский случайный процесс. Исследования проводились на выборках объемом = 5, 7, 9, 11, 13 и 15 значений и среднеквадратическом отклонении случайного процесса = 0,1-0,5. В результате проведенных исследований были получены зависимости выборочных значений коэффициента при различных априорно фиксированных значениях вероятности ошибки первого рода . Усреднение значений коэффициента производилось по 1 000 выборок.

Измерители доплеровской частоты (корреляторы) в суммарном и разностном каналах РЛС обеспечивают синхронный анализ спектров сигналов. Коды, соответствующие максимальной доплеровской частоте в спектрах сигналов в двух пространственных каналах, поступают на операцию вычисления, реализующую выражение (2).

В связи с этим значительный интерес представляет разработка и исследование способа обнаружения аномальных значений при анализе нестационарных случайных процессов, представленных единственной реализацией.

В работах [3, 4] представлен метод выделения полезной составляющей нестационарного случайного процесса, который имеет высокую эффективность в условиях априорной неопределенности. Суть метода состоит в размножении не самой реализации исходного процесса, а оценок, получаемых определенным образом. Автор работ [1], основываясь на основных принципах метода размножения оценок, предлагает и метод обнаружения аномальных значений при анализе нестационарных случайных процессов. В работах [1, 2] аналитически определены значения основных параметров метода обнаружения аномальных значений и показана его эффективность при анализе как стационарных, так и нестационарных случайных процессов с аддитивной шумовой составляющей.

К одному из достоинств метода обнаружения аномальных значений можно отнести также следующее: применение двухпорогового критерия принятия решения об аномальности значения процесса позволяет получить результаты, при которых с увеличением величины аномальных значений, выборочные значения вероятности ошибки первого рода стремятся к минимальным значениям, в то время как выборочные значения вероятности правильного обнаружения стремятся к максимальным значениям.

Наряду с достоинствами предлагаемого метода обнаружения аномальных значений, представленного в работах [1, 2], выявлено, что он обладает весьма существенными недостатками, одним из которых является зависимость порогового значения от некоторого постоянного коэффициента . Правильный выбор коэффициента позволит повысить эффективность обнаружения аномальных значений.

Поэтому в данной работе на основе проведенных исследований предлагается модификация уже существующего метода обнаружения аномальных значений, которая заключается в выборе правила определения коэффициента при задании порогового значения.

Модификация предлагаемого в работе способа обнаружения аномальных значений предполагает введение адаптации порогового значения относительно коэффициента при априорно фиксированном значении вероятности ошибки первого рода .

Поскольку измерение отклонений hs выполняется косвенным методом, то результирующая погрешность измерений может быть определена из выражения

,

где , , ? абсолютные частные погрешности измерения доплеровской частоты на заданной дальности, максимальной доплеровской частоты на участке дальности вблизи предполагаемого курса носителя РЛС (рассчитывается исходя из измеренной скорости носителя) и азимутального отклонения препятствия относительно РСН соответственно.

Учитывая, что измерения и определяются временем измерения и выполняются одинаковыми методами и при помощи вычислительных операций, можно считать , тогда

. (3)

Используя формулы (2) и (3), получим

, (4)

где .

Считая и учитывая диапазон доплеровских частот в пределах ширины ДН по половинной мощности: для малых отклонений в угломестной плоскости, формулу (4) преобразуем к виду

. (5)

Из выражения (5) следует, что погрешность измерения отклонений в основном зависит от погрешности оценки азимута препятствия моноимпульсным угломером относительно РСН.

Если же не производить уменьшение систематической погрешности , обусловленной смещением препятствия по азимуту, то ошибка измерения может быть при тех же условиях определена по формуле

, (6)

где .

доплеровский отклонение носитель измеритель

Следовательно, относительный выигрыш при использовании измерителя (рис. 1) по сравнению с доплеровским измерителем может быть определен делением (5) на (6), то есть

.

При малых s, учитывая среднеквадратическое значение погрешности оценки s моноимпульсным угломером по пачке из N импульсов [2], окончательно получим , где q - отношение сигнал/шум по напряжению; А - азимутальное положение препятствия относительно РСН.

При максимальном s, равном половине ширины суммарной ДН антенны в азимутальной плоскости , получим . Например, при q2 = 15 дБ, N = 100 относительный выигрыш в точности при переходе к угломерно-доплеровскому измерителю составляет 35 дБ.

Выводы

1. Представлен угломерно-доплеровский алгоритм оценки опасных для полета препятствий.

2. Произведена оценка погрешности измерения отклонения препятствий относительно курса носителя.

Библиографический список

1. Федосов, В.П. Оптимальный измеритель профиля отражающей поверхности при наклонном облучении / В.П. Федосов, С.А. Михайлов // Антенны. - 2009. - вып. 4(59). - с. 59-6

2. Леонов, А.И. Моноимпульсная радиолокация / А.И. Леонов, К.И. Фомичев. - М. : Радио и связь, 2007. - 312 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Сущность, условия решения и критерий оптимальности задачи измерения параметров сигнала. Постановка задачи измерения параметров сигнала. Классификация измерителей. Следящий режим измерения. Автоматические измерители работающие без участия человека.

    реферат [382,0 K], добавлен 29.01.2009

  • Частотный метод измерения высоты и составляющих скорости. Канал оценки составляющих скорости. Вычислительные требования к блоку измерителя и модуляции. Разработка схемы электрической принципиальной. Математическое моделирование усилителя ограничителя.

    дипломная работа [861,7 K], добавлен 24.03.2014

  • Метод определения местоположения – угломерно-разностно-дальномерный. Построение на местности приемных позиций. Расчет координат источника радиоизлучения. Расчёт параметров эллипса рассеивания. Алгоритм работы обнаружителя. Структурная схема измерителя.

    курсовая работа [347,9 K], добавлен 21.11.2013

  • Критерий оптимальной оценки параметров сигнала. Выбор функции стоимости при оценке параметров, его зависимость от точности измерения координат. Простая и допустимая (релейная), линейная и квадратичная функции стоимости. Структура оптимального измерителя.

    реферат [698,8 K], добавлен 13.10.2013

  • Допуск на общую ошибку от номинального радиуса кривизны. Случаи обнаружения ошибок как в случае сферических поверхностей, так и плоских. Местные ошибки (ΔN) поверхности являются нарушением равномерности ее профиля. Оптическая схема интерферометров.

    реферат [2,6 M], добавлен 19.11.2008

  • Анализ существующих методов измерения вязкости нефтепродуктов. Принцип построения структурной схемы вибрационного вискозиметра. Температурный датчик с цифровым выходом. Разработка структурной схемы датчика для измерения вязкости, алгоритм работы.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.12.2011

  • Описание структурной схемы измерителя расхода топлива. Разработка принципиальной электрической схемы. Проектирование на базе 8-разрядного микроконтроллера измерителя расхода топлива, использующего оцифрованные аналого-цифровыми преобразователями сигналы.

    курсовая работа [641,9 K], добавлен 17.04.2010

  • Проблемы измерения скорости ветра и ее преобразование в силу. Приборы для измерения силы. Структурная схема измерителя скорости. Назначение отдельных функциональных блоков. Внешний и внутренний режимы тактового генератора. Прием сигнала с датчика Холла.

    курсовая работа [948,8 K], добавлен 09.06.2013

  • Шумовые параметры четырехполюсников, методы и средства их измерения. Элементная база блока, синтезатор частот и гетеродин. Выбор и обоснование структурной схемы измерителя, детектирование сигнала, реализация блока цифровой обработки, расчет надежности.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 21.09.2010

  • Методы измерения тока и напряжения. Проектирование цифрового измерителя мощности постоянного тока. Выбор элементной базы устройства согласно схеме электрической принципиальной, способа установки элементов. Расчет экономической эффективности устройства.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.07.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.