Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 108

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

Рис. 1

Рис. 2

На рис. 1, рис. 2 представлена временная зависимость хаотической скорости моле­кул, измеренная одновременно для трех направлений: для молекул, летящих к источнику тепла - ©, от источника тепла —+ и в направлении, перпендикулярном этому направле­нию - •. Результаты получены для двух расстояний от источника тепла ) : для

к = 30 см - рис. 1, для к = 64 см - рис. 2.

На рис. 3 представлена такая же зависимость, что и на рис. 1, 2, но полученная для случая, когда источник тепла был направлен под углом а = 60° от вертикали. Измерения проводились на расстоянии к = 64 см от источника тепла.

На рис. 4 представлена аналогичная зависимость, что и на рис. 1-3, но полученная над источником холода на расстоянии 15 см от его поверхности.

На рис. 5 представлена такая же зависимость, что и на рис. 1-4, но для случая, когда источник тепла перекрывался на короткое время.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 0 7

На рис. 6 представлена зависимость величины хаотической скорости, аналогичная рис. 5, но для случая, когда источник тепла не перекрывался.

Рис. 3

Рис. 4

11=20 см -|- - вверх 0 - вниз

•  - горизонтально

6 №п/п

Рис. 5

Рис. 6

На всех рисунках по вертикальной оси отложено значение сопротивления терми-стора, обратно пропорциональное хаотической скорости молекул.

Итак, на всех представленных выше рисунках скорость молекул, летящих от источ­ника тепла, всегда больше скорости (рис. 1, 2, 3,), а летящих от источника холода, мень­ше (рис. 4) скорости молекул, летящих к источнику тепла (или холода соответственно)и в перпендикулярном направлении. Причем, такая картинка сохраняется при изменении на­правления источника, а также при кратковременном устранении источника тепла (холо­да).

Полученные экспериментальные данные согласуются с высказанной ранее гипоте­зой [4] и таким образом подтверждают возможность существования нового свойства мо­лекул нейтральной газовой среды достаточно длительной время сохранять направление и величину скорости, полученнуй ими от внешнего источника.

Заключение. На основании проведенных теоретических и экспериментальных ис­следований можно сделать вывод о том, что молекулы всякой нейтральной газовой среды обладают свойством достаточно длительное время сохранять направление и величину скорости, полученную ими от внешнего источника.

Это свойство газовой среды позволяет объяснить, каким образом в экспериментах [1-3] мы наблюдаем анизотропию молекулярных процессов.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 0 8

Литература

1. Бондаренко М.Ф., Слипченко Н.И., Делов И.А., Леонидов А.В. Результаты изме­рений анизотропии температуры атмосферы в приземном слое Земли контактным спосо­бом // Прикладная радиоэлектроника. Всеукр. науч.-техн. сб., 2005, т. 4, № 4. - Харьков: ХНУРЭ. - с. 383-393.

2. Делов И.А., Слипченко Н.И., Леонидов А.В. Анизотропия вертикальной состав­ляющей хаотической скорости молекул атмосферы Земли / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып № 118. 2007. - С. 288-298.

3. Делов И. А., Слипченко Н. И., Леонидов А.В. Эффект анизотропии хаотической скорости молекул, связанной с горизонтальным ветром. Результаты экспериментальной проверки гипотезы / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып № 152. 2008. - С. 97-104.

4. Делов И.А., Слипченко Н.И., Леонидов А.В. К вопросу об одном свойстве газо­вой среды / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып № 150. 2007. - С. 22-28.

5. Делов И. А., Слипченко Н.И., Леонидов А.В. Об одном свойстве нейтральной га­зовой среды. Результаты экспериментальной проверки гипотезы / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып №_. 2008. - С._.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 20 9

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕЛ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ РАДИОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Карташов В.М., Бабкин С.И., Волох А.В. Харьковский национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, каф. радиоэлектронных систем, тел. +38-057-70-21-587; E-mail: res@kture.kharkov.ua The classical algorithms of processing of recipient waves are applied to RASS which re­sult in occurrence of hard errors of measurement of parameters atmosphere. The elimination of these metering error is possible at use of the algorithm processing of radioacoustic signals, de­scribed in this paper. The form of ambiguity function reference in this paper for signals of ra-dioacoustic systems, allows to estimate qualitative measure of parameters of atmosphere.

Разработка и проектирование высокоэффективных радиотехнических систем не­возможно без решения двух основных задач: синтеза используемых в системе сигналов и выбор наилучших методов их обработки после приема.

Естественно, системы радиоакустического зондирования атмосферы, как особый класс радиотехнических устройств, также требуют решения задачи синтеза сигналов и устройств их обработки.

В настоящее время в системах радиоакустического зондирования атмосферы при­меняются классические алгоритмы обработки принятых сигналов, которые характерны, например, для радиолокации. Они строятся в предположении, что форма зондирующего сигнала в процессе отражения от точечной цели не меняется, а изменяются лишь значе­ния его параметров. Оценка величины этих изменений и позволяет извлечь полезную ин­формацию из принятого колебания. В таких системах устройства обработки содержат корреляторы и фильтры, согласованные с излучаемым сигналом.

Для РАЗ процесс рассеивания электромагнитного сигнала на акустической посылке сопровождается значительным изменением формы излучаемого колебания. В результате принимаемый радиосигнал существенно отличается от опорного, подаваемого на корре­лятор. Использование классических алгоритмов обработки в радиоакустических системах приводит к возникновению систематических погрешностей определения параметров ат­мосферы.

Следует заметить, что в случае использования простых акустических импульсов и точном выполнении условия Брэгга q = 0 , где q - параметр расстройки условия Брэгга,

применение классических алгоритмов обработки не приводит к возникновению система­тических погрешностей. При таких условиях имеет место только искажение огибающей рассеянного колебания, без нарушения его тонкой внутренней структуры. Если же усло­вие Брэгга на трассе распространения радиоакустического сигнала перестает выполнять­ся (q Ф 0), то даже для простых зондирующих сигналов возникает систематическая по­грешность измерения параметров атмосферы, которая возрастает с увеличением значения параметра q .

На практике использование простых звуковых сигналов для РАЗ требует подстрой­ки частоты акустического или электромагнитного сигналов под условие Брэгга, что по­зволяет уменьшить погрешность измерения параметров атмосферы, но, в то же время, существенно усложняет систему и процесс зондирования.

Использование сложных зондирующих сигналов в системах радиоакустического зондирования атмосферы, направленное на устранение процесса подстройки частоты ко­лебаний для выполнения условия Брэгга, связано с невозможностью применения класси­ческих алгоритмов обработки. Причиной этого есть искажение амплитудной и фазовой структуры рассеянного на сложной акустической посылке электромагнитного колебания. Спектр рассеянного сигнала становится несимметричным. Вследствие этого принимае­мый сигнал существенно отличается от излучаемого, а значит, использование простых

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 2 1 0корреляционных приемников с одним опорным сигналом вызывает систематическую ошибку измерения скорости звука.

Таким образом, как следует из изложенного, применяемые на сегодняшний момент в расдарах алгоритмы обработки сигналов не адекватны процессам, происходящим в ло­кационном канале. Поэтому возникает задача получения алгоритмов обработки сигналов радиоакустических систем, которые должны учитывать преобразование радиоволны в канале и позволять осуществлять качественные измерения параметров атмосферы не только при выполнении условия Брэгга, но и при q Ф 0, а также в случае использования сложных звуковых импульсов.

Работа радиоакустических систем основана на измерении величины доплеровского смещения частоты рассеянного на акустической посылке электромагнитного сигнала. Поскольку скорость движения звука cs в атмосфере зависит от параметров атмосферы, таких как температура, скорость ветра, давление, влажность и т.д., то, по сути, в прием­нике выполняется оценка значения cs. С другой стороны скорость звука cs может быть определена по значению величины расстройки условия Брэгга q , при котором формиру­ется рассеянный сигнал, по следующей формуле

где fs - частота акустического сигнала, f - частота радиосигнала, c - скорость света.

Далее показано решение задачи оценки величины расстройки условия Брэгга q,

при котором был сформирован рассеянный сигнал.

Форму принимаемого сигнала в РАЗ можно определить по функции рассеяния

где q = 2ke - ks - параметр расстройки условия Брэгга; ks = 2л/ / cs - волновое число для звука; ke = 2л/-/ c - волновое число; г - смещение сигналов по координате «даль­ность»; E (2г'- г) - пространственная огибающая радиосигнала; £ ') - пространствен­ная огибающая акустического сигнала.

Из теории радиосистем известно, что синтез оптимального математического опера­тора измерительной системы и формирование оптимального решения основывается на использовании понятия функции правдоподобия. Если обозначить принимаемый радио­акустический сигнал как Бу , q0), то функцию правдоподобия можно будет записать в

виде м> (Бу / с). Величина q0 в обозначении принимаемого колебания показывает, что

рассеянный сигнал соответствует некоторой заданной величине значения условия Брэгга. Функции X (Бу / с), монотонно связанные с м> (Бу / сх), именуемые достаточными стати­стиками, могут быть использованы при синтезе алгоритмов оценивания параметров при­нимаемых сигналов.

Следующая формула определяет плотность вероятности параметра q во входной реализации

2/

4л/ / с -q,

(1)

Р(К , qo)| q) = Су ехр[ 2 2 (д) - E(q)

^0

(2)

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 1 1где   2(д) = | Бу , д0) Б*(г, д)^г   -  корреляционный  интеграл  принятой реализации

0

Ру (г, д0) с опорным сигналом Б , д); Е (д) = | Б2 , д)аТ - энергия рассеянного сигнала Б , д); Су - коэффициент, зависящий от Бу , д0).

Таким образом, определение значения параметра д должно происходить путем на­хождения максимума интеграла 2(д), который достигается в точке наибольшего сходства принятого Бу , д0) и опорного Б , д) сигналов.

Как видно из формулы (2), плотность вероятности параметра д в принятой реали­зации ¥у , д0) определяется значением комплексного корреляционного интеграла 2(д) .

Таким образом, устройства обработки расдаров должны формировать корреляционный интеграл следующего вида

я

2(д) =|{   (г,      Б >, д)^г|. (3)

0

Модуль значения интеграла (3) по сути, есть значением величины выходного эф­фекта устройств обработки для некоторой реализации входного рассеянного сигнала Ру (г, д0) и опорных сигналов, заданных функцией Б , д).

В общем случае результат обработки принятого радиосигнала будет зависеть не только от величины расстройки условия Брэгга, но и от взаимного временного смещения принятого и опорного колебаний. Поэтому интерес представляет анализ некоторой функ­ции, которая будет характеризовать точность определения параметров атмосферы с по­мощью устройств обработки радиоакустических систем в случае смещения сигналов ¥у

и Б в некотором диапазоне значений параметра расстройки д и дальности г , которая с временным запаздыванием сигналов связана соотношением г = с(, где с - скорость све­та, ^ - время.

Такой функцией для устройств обработки радиоакустических систем может высту­пать функция неопределенности, которая задается следующим выражением

да

,д) = | Ру(г, Р*(г - гй,д)йг , (4)

-да1

где гй - относительное смещение принимаемого и опорного сигналов по дальности.

Введенное понятие функции неопределенности для радиоакустических систем от­личается от ее определения в радиолокации. Классическая функция неопределенности характеризует разрешающую способность радиолокационной станции по дальности и радиальной скорости. Тело неопределенности будет иметь один и тот же вид для задан­ного зондирующего сигнала.

Как видно из (4), для радиоакустических систем функция неопределенности пред­ставляет собой корреляционный интеграл рассеянного при некотором значении рас­стройки условия Брэгга принимаемого сигнала Бу и предварительно заданного опорного

колебания Б. Для корректной обработки опорный сигнал должен выбираться согласно функции рассеяния (1) используемых зондирующих акустического и электромагнитного колебаний.

Графический вид функции неопределенности - тело неопределенности, представля­ет собой модуль интеграла формулы (4). Как нетрудно заметить, характер тела неопреде­ленности будет меняться в зависимости от величины взаимной расстройки условия Брэг­

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 2 1 2га, относительного смещения сигналов вдоль пространственной координаты и значения величины д0, при которой формируется рассеянный сигнал. Существенным отличием введенной функции неопределенности есть то, что для различных значений величины расстройки условия Брэгга q, при котором формируется рассеянный сигнал, структура тела неопределенности будет различной, даже в случае использования одной и той же пары зондирующих акустического и электромагнитного колебаний. По виду тела неопре­деленности, количеству и характеру его центрального и боковых пиков, можно судить о потенциальной точности определения параметров атмосферы для выбранных зонди­рующих радиоакустических сигналов.

На рис. 1 и 2 представлены рисунки тел неопределенности для пары акустического и электромагнитного сигналов с прямоугольной огибающей.

Рис. 1. Тело неопределенности Рис.2. Тело неопределенности

при д0 = 0 при д0 = 0.25

По рисункам наглядно видно как существенно изменяется вид тела неопределенно­сти для одного и того же радиоакустического сигнала при изменении величины рас­стройки условия Брэгга д0, при котором формируется рассеянный сигнал. С увеличением д0 тело неопределенности становится более изрезанным, а ширина главного пика уменьшается, что характеризует повышения точности определения параметров атмосфе­ры с использованием предложенного алгоритма для данных сигналов с увеличением д0.

Это связано с тем, что при увеличении величины расстройки условия Брэгга, при которой формируется рассеянный сигнал, искажается как огибающая, так и фазовая структура колебания. Поэтому главный максимум тела рассеяния при д0 Ф 0 имеет более острый пик, чем в точке выполнения условия Брэгга д0 = 0 .

Процедура оценки параметра д в соответствии с предложенным алгоритмом тре­бует вычисления совокупности модулей корреляционных интегралов (4) для некоторой фиксированной реализации входного сигнала ¥у , д0) и множества опорных сигналов

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа