Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 53

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 

Если учесть, что движение исследуемого объекта или элементарных отражателей, из которых он может состоять, вызывает изменение ориентации и формы ЭМВ в про­странстве, то это приводит к изменению параметров поляризации ЭМВ во времени. Что в свою очередь вызывает модуляцию параметров поляризации рассеянной ЭМВ:

где 8(1) - модулирующее колебание, Лф, Л9 - девиация угла эллиптичности и угла ориен­тации, фо, Эо - параметры поляризации смодулированной гармонической несущей, ю -частота зондирующего сигнала, е3"ю - несущая зондирующего сигнала.

Одним из путей измерения полной ПМР является применение поляризационно-модулированных сигналов (ПМС).

Исходя из выше сказанного, можно полагать, что изменения поляризационных па­раметров рассеянного радиолокационный сигнал необходимо рассматривать приемной системой, как полезную информацию, а не фактор шума. Принятый сигнал необходимо детектировать как сигнал поляризационно-модулированный с параметрами модуляции по углу эллиптичности и ориентации.

Параметры сигнала Ё,ф,Э завися от времени, таким образом, необходимо рассмат­ривать их мгновенные изменения, а усреднения по времени может привести к ложному восприятию динамики изменения параметров.

Определение угла эллиптичности поляризационного эллипса ЭМВ:

sin 2cp(t) = 2E1 (t)E2 (t) sin( у1 (t) - у2 (t)), где E1(t), E2(t) - амплитуды сигналов в приемном ортогональном H канале, V канале со­ответственно, y1(t), у 2(t) - фазы сигналов в приемном ортогональном H канале, V кана­ле соответственно.

Детектирование признаков, характерных объекту, усложняется тем, что изначально в рассеянном сигнале присутствует неизвестный вид поляризационной модуляции. Мо­дуляция может состоять как из модуляции одного параметра, так и из модуляции суммы всех параметров поляризации ЭМВ. Детектирование по заранее заданному виду поляри­зационной модуляции может привести к неправильному выделению модулирующего сигнала.

Детектирование должно состоять из нескольких этапов в которых необходимо сна­чала определить вид модуляции, а затем выполнить детектирование соответствующим видом поляризационно-модулированного сигнала. Необходимо учесть, что детектиро­ванный сигнал может быть дополнительно модулирован по известным видам модуляции (ЧМ, ФМ, ЛЧМ и т.д.). Таким образом возникает сложный вид модуляции, который мож­но представить, как модуляция поляризации ЭМВ и внутри этой модуляции - модуляция известными законами.

Выводы. Необходимо рассматривать любой вибрирующий объект как природный модулятор, который модулирует поляризационный сигнал не только за счет собственных электрических и физических свойств, а и за счет вибрации и движения.

Методы вибродиагностики оказываются эффективными для обнаружения дисба­ланса, дефектов вибрирующих деталей. Построение такой аппаратуры позволяет выпол­нить бесконтактную предстартовую диагностику АТ, что может обеспечить повышение безопасности полетов, уменьшение простоя летного парка на этапе диагностики. Вклю­чение системы вибродиагностики в единую систему технической диагностики ЛА, может позволить оценивать состояние АТ и его элементов, полностью автоматизировать про­цесс диагностирования.

Литература

1. Чигрин В.С., Симбирский Д.Ф, Белогуб А.В. Виброакустика авиационных дви­гателей: учеб. пособ. - Харьков: ХАИ, 2000. - 118 с.

2. Колесник Р.В., Попов А.В. Оптимизация глубины модуляции угла эллиптично­сти поляризационно-модулированного сигнала радиолокационной системы дистанцион­ного зондирования // Технология приборостроения: Сб. науч. тр. - Харьков: 2001. - Вып. № 1-2. - с. 71-75.

3. Колесник Р.В. Радиолокационные сигналы для измерения параметров поляриза­ционной матрицы рассеяния // Открытые информационные и компьютерные интегриро­ванные технологии: Сб. науч. тр. - Харьков: ХАИ, 2002. - Вып. 15. - с. - 114-119.

4. . Гусев К.Г. Поляризационная модуляция. - М.: Сов. радио, 1974. - 288 с.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СУПЕРПОЗИЦИИ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ИНВАРИАНТНЫЙ К ИСКАЖАЮЩИМ ИМПУЛЬСАМ

Антропов О. С., Борулько В.Ф., Вовк С. М., Дробахин О.О.

Днепропетровский национальный университет 49050, Днепропетровск, ул. Научная, 13, тел. (056)123-45-67, E-mail: osantropov@gmail.com, drobakhino@mail.ru Parameter determination problem of harmonic signal, represented by superposition of sum of sinusoids, based on the results of measurements in presence of additive noise and dis­torting pulses is presented. Considered case applies to the problem of remote objects parameters determination in radiolocation. A priori information about the number, form, energy, duration and locations of distortions is absent, and useful signal can be described by known mathemati­cal model with unknown parameters. Problem is solved under assumption distorting pulses are finite and the number of sinusoids in superposition is known. We propose to apply the method of minimum of duration exploiting functional of "quasiduration" of approximation error for so­lution of the considered problem. The results of numerical simulations in presence of additive noise are presented and discussed.

Вступление. Для многих радиофизических приложений актуальной является про­блема выделения и/или восстановления полезного сигнала с заданными свойствами из регистрируемого сигнала. Это обусловлено тем, что полезный сигнал в силу различных причин может быть искажен аддитивным гауссовским шумом и аддитивными импульса­ми (помехами) и, в частном случае, обладать пропусками. Так, при решении задачи сле­жения за движущимися целями в условиях интенсивных помех необходимо установить такие параметры как расстояния и углы для каждой цели по измеренной искаженной су­перпозиции сигналов от каждого объекта. Решение этой проблемы осуществляется стан­дартными средствами, если есть априорная информация о параметрах искажающих им­пульсов [1]. В данной работе рассматривается более сложный случай, когда информация о числе, форме, длительности и времени появления искажающих импульсов отсутствует, а искомый сигнал описывается известной математической моделью с неизвестными па­раметрами. В качестве полезного сигнала рассматривается суперпозиция известного чис­ла синусоид, так как такой сигнал часто встречается в прикладных задачах радиолокации [2] при приеме сигнала антенной решеткой в фиксированный момент времени, источни­ком «импульсной» помехи может выступать сбой в приеме сигнала тем или иным эле­ментом антенной решетки.

Традиционный метод наименьших квадратов в указанной постановке задачи при­водит к большой погрешности в определении параметров искомого сигнала, даже если энергия искажающих импульсов невелика. Так, применение стандартных спектральных методов, основанных на преобразовании Фурье, может привести к неверным результатам вследствие существенного влияния спектра импульсов на спектр истинного сигнала. Для решения этой проблемы можно использовать технику «вырезания» участков полезного сигнала, искаженного импульсами, но в указанной постановке времена появления им­пульсов и время задержки полезного сигнала априорно неизвестны, и, следовательно, «вырезание» даст случайный результат. Для решения поставленной задачи целесообразно использовать подход, основанный на методе минимума длительности (ММД) [3], и по­строить метод, инвариантный к временному расположению и длительностям искажаю­щих импульсов.

Постановка и решение задачи. В данной работе рассматривается аддитивная мо­дель суперпозиции суммы заданного числа синусоид и импульсов, в предположении строгой финитности искажающих импульсов и ограниченного числа таких импульсов. Постановка задачи уточняется следующим образом. Наблюдаемый сигнал рассматрива­ется как аддитивная смесь g(t) искомого сигнала ft) в форме суммы заданного числа си­нусоид и конечного числа неизвестных финитных импульсов. Эта аддитивная смесь за­дана на отрезке времени [-T/2, T/2]. Математическая модель искомого сигнала имеет вид:

N

/(X) = Х А *т(в^ + р);   И<Т/2, (1) г=1

где А;, в;, р; - неслучайные параметры, причем 0< А; <со, 0< р; <2п, 0< в; <со, N <со - чис­ло синусоид, А; = Ао / , ^ соответствует расстоянию до объекта, в; определяет азимут ; -го объекта. Финитный импульс представим в виде:

/'у (X) = | 0/      х ^ Т7 ;   Ту с [-Т/2, Т/2];   |х|< Т/2, (2)

где ру (X) - финитная функция, которая описывает у -й импульс на отрезке времени Ту в

предположении, что импульсы не перекрываются и их суммарная длительность меньше длины интервала наблюдения. Полагая, что вид и число функций р у (X) априорно неиз­вестны, с учетом (1) и (2) получаем следующую модель наблюдаемого сигнала:

N М

ё(X) = Х Аи; 51п(ви +     ) + ХРу (X);  |х|<Т/2, (3)

где ё(X) - наблюдаемый сигнал; Аи;, ви;, ри;, - неизвестные "истинные" значения, кото­рые нужно определить; М - количество априорно неизвестных финитных импульсов

Традиционное решение задачи (3) при использовании метода наименьших квадра­тов, заключается в минимизации функционала квадрата невязки между регистрируемым сигналом ё^) и моделью искомого сигнала Ду) по параметрам А,р,ю,у,т, т.е. необходи­мо решить задачу вида:

2

Л — Ш1П {А; ,в; ,Р; }, (4)

Т/2

а = 1

/2

N

ё(X) -X А; s1n(вг■X + р)

;=1

Согласно [4], существует целый ряд классов примеров с аддитивными импульсами, для которых метод наименьших квадратов даёт неверные результаты для задачи определения параметров одной незатухающей синусоиды. Для рассматриваемого случая это также справедливо, так как наличие задержки и затухания синусоиды приводит к дополнитель­ным сложностям за счёт расширения спектральной линии, соответствующей синусои­дальной составляющей, и к усилению искажающего влияния импульсов на спектр полез­ного сигнала.

Естественным подходом к решению поставленной задачи является вырезание тех участков полезного сигнала, которые искажены импульсами, причём такое вырезание необходимо выполнять автоматически, без применения интерактивной обработки. Такой метод можно построить на основе метода минимума длительности [3]. В рамках этого подхода построим функционал длительности разностного сигнала в виде: Т/2    Г N ~

О =  X ё(X) -X А; sln(вг■X + р;)

/2 i      ;=1 _

где хГ^)] - индикаторная функция, которая «разделяет» нулевые и ненулевые значения разностного сигнала s(X). Таким образом, согласно (5), функционал О является мерой множества ненулевых значений разностного сигнала, при этом 0 < О < Т. Критерий ре­шения задачи (3) сформулируем так: "Истинные значения параметров доставляют мини­мум функционалу длины разностного сигнала", или:

О ш1п{А; }, (6)

Отметим, что справедливость критерия следует из факта существования интервала времени ненулевой длины, на котором импульсы отсутствуют, так как по условию задачи

Г1, \s(X)|* 0 [ 0,   s(X) = мпульсы не могут занимать весь отрезок времени [-Т12, Т /2]. Анализ свойств функ­ционала (5) указывает на его инвариантность к взаимному расположению импульсов, причём присутствие указанных импульсов изменяет глубину, но не положение минимума функционала. Если некоторый импульс ненулевой длительности порождает отрезок, со­ответствующий модели искомого сигнала, то это сказывается появлением нового мини­мума функционала, соответствующего параметрам этого отрезка. Для практических вы­числений в силу неприменимости функционала (5) можно использовать приближение:

,2 У 1

Т/2 /2

N

ё с) -X А 8ш(6,-Г + Щ)

1=1

+ а2

-а2в \<И

(7)

минимизация которого производится по неизвестным параметрам ,6г-,щ для выбран­ных значений вспомогательных параметров 0<а <ос, 0< в <0.5, причём в соответствии с идеей метода минимума длительности [3], значения параметров а , в должны выбирать­ся как можно ближе к нулю.

Численное моделирование. Для демонстрации возможностей предлагаемого подхода было выполнено численное моделирование задачи определения неизвестных значений параметра для случая суммы 10-ти синусоид (табл. 1, рис. 1). Поиск реше­ния проводился в пространстве параметров сигнала на заданной сетке значений амплитуд и частот, начальная фаза принята равной нулю. Решение задачи проводилось в простран­стве параметров сигнала методом прямого пассивного поиска на заданной сетке значе­ний. Была сформирована соответствующая дискретная последовательность значений длиной N=101 отсчёт (рис. 1,а). Шаги по сетке значений параметров составляли АА=0,01, /\у& =0,005; значения вспомогательных параметров а, в функционала Да в состав­ляли а =0.17, в =1/16; соотношение сигнал/шум на участках, где импульсы отсутствуют, составляло +15 дБ. Результаты данного моделирования (см. табл. 1) показали возмож­ность восстановления сигнала с высокой точностью (рис. 1,б) в случае, если истинные значения искомых параметров попадали на узлы сетки. Так, применение метода наи­меньших квадратов (МНК) дало среднеквадратическое отклонение (СКВО) более 30,1 %, тогда как для ММД СКВО не превышало 0,8%, т.е. наблюдалось визуальное совпадение истинного и восстановленного сигналов. Схожие результаты дало моделирование задачи определения неизвестных значений параметров , 6^, щ, шаги по сетке значений пара­метров составляли АА=0.01, А^=2ж/100 рад., AvAt =0,005; ввиду нелинейности задачи детальный анализ тут затруднён, но СКВО решения по ММД для этого случая также не превышало 1%, тогда как МНК давал существенную погрешность.

Дополнительные исследования показали, что работоспособность подхода обеспе­чивается даже в условиях непопадания истинных значений параметров на узлы сетки, суммарная длительность искажающих импульсов может превышать половину интервала наблюдения, а отношение (синусоидальный сигнал)/(аддитивный шум) достаточно вели­ко, в частности, для указанного примера больше +10 дБ.

Таблица 1

Метод

А1

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