Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Радиотехнические и телевизионные системы

Диссертационная работа:

Голубинский Андрей Николаевич. Синтез и анализ радиотехнических устройств оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным неоднородностями среды : Дис. ... канд. техн. наук : 05.12.04 : Воронеж, 2004 219 c. РГБ ОД, 61:05-5/801

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ 12

1.1. Методы измерения углового положения источников радиоизлучения 12

1.2. Устройства измерения углового положения источников радиоизлучения 23

1.3. Выводы 40

2. ОЦЕНКА УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ПО СИГНАЛАМ ПРИНЯТЫМ ПОВОРАЧИВАЮЩЕЙСЯ ПРИЕМНОЙ АНТЕННОЙ ...„ 41

2.1. Синтез устройства оценки углового положения источника радиоизлучения для амплитудных методов при оптимальной временной обработке сигнала 41

2.2. Анализ точности оценки углового положения источника радиоизлучения для амплитудных методов при оптимальной временной обработке сигнала 61

2.3.. Синтез устройства оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным поворачивающейся металлической решеткой 77

2.4. Анализ точности оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным поворачивающейся металлической решеткой 88

2.5. Выводы 97

3. ОЦЕНКА УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ПО СИГНАЛАМ ПЕРЕИЗЛУЧЕННЫМ СИСТЕМОЙ ПРОВОДЯЩИХ СФЕР 98

3.1. Модель сигнала переизлученного системой проводящих сфер 98

3.2. Синтез устройства оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным системой проводящих сфер .. 111

3.3. Анализ точности оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналу на выходе устройства обработки колебаний переизлученных системой проводящих сфер 116

3.4. Экспериментальное измерение углового положения источника радиоизлучения по сигналу на выходе устройства обработки колебаний переизлученных системой проводящих сфер 138

3.5. Выводы 147

4. ОЦЕНКА УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ПО СИГНАЛАМ ПЕРЕИЗЛУЧЕННЫМ ПРОВОДЯЩЕЙ РЕГУЛЯРНОЙ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ 148

4.1. Модель сигнала переизлученного проводящей регулярной шероховатой поверхностью 148

4.2. Синтез устройства оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным проводящей регулярной шероховатой поверхностью 155

4.3. Анализ точности оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналу на выходе устройства обработки колебаний переизлученных проводящей регулярной шероховатой поверхностью 158

4.4. Экспериментальное измерение углового положения источника радиоизлучения по сигналу на выходе устройства обработки колебаний переизлученных проводящей регулярной шероховатой поверхностью 175

4.5. Разработка устройства для измерения углового положения источника радиоизлучения с помощью параболической антенны с шероховатым зеркалом 187

4.6. Выводы 198

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 199

ЛИТЕРАТУРА 202 

Введение к работе:

Одной из актуальных проблем, стоящих перед органами внутренних дел, использующими радиотехнические системы связи, стоит проблема точного определения координат объектов: сопровождение грузов, нахождение координат охраняемых предметов, определение точного положения групп задержания ПЦО (пунктов централизованной охраны). Решение данной задачи является прямым путем повышения эффективности охраны объектов, несения службы и т.д.

Для измерения углового положения источника излучения, как правило, определяют его эквифазную поверхность, регистрируя поле в нескольких точках приемной антенны. При чем точность оценки углового положения источника излучения повышается при увеличении отношения размера апертуры приемной антенны к длине волны. Большие размеры антенн приводят к проблемам создания их конструкций, которые должны удовлетворять требованиям по точности изготовления, механическим нагрузкам и т.д. Таким образом, применение традиционных методов радиопеленгации требует построение радиотехнических систем с разнесенными на большие расстояния точками приема.

Другой метод измерения углового положения источника излучения -поляризационный. Он основан на регистрации поля переизлученного изотропной или анизотропной неоднородностью среды распространения волны. В данном методе отношение длинны волны к поперечным размерам приемной антенны уже не является главным фактором, определяющим точность оценки углового положения. Точность зависит от разности действия среды на компоненты вектора электромагнитного поля ортогонального поляризационного базиса. Здесь, неоднородность среды распространения исполняет роль трансформатора волнового вектора в поляризационную структуру поля волны.

Однако, в настоящее время мало конструктивных разработок неоднородностей среды распространения, которые могли бы одновременно отвечать таким требованиям, как высокая точность оценки углового положения по поляризационному методу, простота изготовления и относительно небольшие размеры неоднородности. Удовлетворение данным требованиям позволит создать мобильные системы для определения углового положения источника радиоизлучения.

Таким образом, представляет научный интерес синтезировать устройства, осуществляющие определение координат источника радиоизлучения с высокой точностью при малых габаритах антенны, и исследовать их точностные характеристики.

Целью работы является: синтез и анализ радиотехнических устройств оценки углового положения источника радиоизлучения с малогабаритными антеннами при приеме сигналов переизлученных неоднородностями среды.

Задачи исследования:

1. Разработать модели сигналов переизлученных неоднородностями среды такими, как поворачивающаяся металлическая решетка, система проводящих сфер, проводящая регулярная шероховатая поверхность.

2. Синтез оптимального приемника оценки углового положения источника радиоизлучения при приеме сигналов на ортогонально поляризованные антенны.

3. Получение точностных характеристик оценки углового положения источника радиоизлучения при приеме сигналов на ортогонально поляризованные антенны.

4. Анализ характеристик оценки углового положения источника радиоизлучения в особых точках диаграммы направленности.

5. Анализ зависимости характеристик оценки углового положения источника радиоизлучения от структуры неоднородности.

6. Экспериментальная проверка некоторых характеристик приемного устройства измерения углового положения источника радиоизлучения.

Методы проведения исследования. При решении поставленных в диссертации задач использовались аналитические и вычислительные методы современного математического аппарата статистической радиофизики, методы электродинамики, методы математической статистики, методы теории радиотехнических цепей и сигналов.

Выполненные исследования базируются на теории помехоустойчивого радиоприема, теории статистических решений, теории оценок параметров сигналов методом максимального правдоподобия, теории волн, теории радиотехнических систем и устройств, и используют такие математические теории и методы, как теория матриц, метод малого параметра, методы решения дифференциальных и интегральных уравнений, методы математической статистики, методы решения экстремальных задач, численные методы исследований на ЭВМ.

В результате выполненных исследований получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

1. Устройства измерения углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным системой проводящих сфер, проводящей регулярной шероховатой поверхностью, отличающиеся тем, что с целью уменьшения габаритов приемной антенны, на пути распространения радиоволн помещается неоднородность, а измеритель суммарного выходного напряжения заменен на блок измерения разности фаз между сигналами каналов.

2. Устройство измерения углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным поворачивающейся металлической решеткой, отличающееся тем, что на пути распространения радиоволн помещается поворачивающаяся неоднородность в виде металлической решетки, а измеритель суммарного выходного напряжения заменен на блок измерения разности фаз между сигналами каналов, при чем измерение углового положения можно вести как по максимуму, так и по минимуму сигнала на выходе приемника.

3. Устройство измерения углового положения источника радиоизлучения, содержащее приемную антенную систему, включающую параболическое зеркало, механизм ее поворота и указатель поворота антенны, и приемник для обработки принятых сигналов, отличающееся тем, что параболическое зеркало выполнено шероховатым, а приемник для обработки принятых сигналов содержит рупорную антенну с поляризационным расщепителем вертикальной и горизонтальной компонент поля, соединенный с блоком измерения разности фаз между сигналами каналов.

4. Аналитические выражения для расчета потенциальной точности оценки углового положения источника радиоизлучения по поляризационной структуре поля переизлученного системой проводящих сфер, проводящей регулярной шероховатой поверхностью, поворачивающейся металлической решеткой, аналитические выражения для расчета потенциальная точности при сканировании диаграммой направленности приемной антенны по методам минимума, максимума и равносигнальному методу.

5. Способ регуляризации оценки максимального правдоподобия для сигналов образованных наложением нескольких колебаний.

6. Результаты анализа точностных характеристик оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным, поворачивающейся металлической решеткой, системой проводящих сфер, проводящей регулярной шероховатой поверхностью.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Оптимальное устройство оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным поворачивающейся металлической решеткой при поляризационной обработке сигналов.

2. Характеристики оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным поворачивающейся металлической решеткой при поляризационной обработке сигналов.

3. Оптимальное устройство оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным системой проводящих сфер при поляризационной обработке сигналов. 4. Характеристики оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным системой проводящих сфер при поляризационной обработке сигналов.

5. Оптимальное устройство оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным проводящей регулярной шероховатой поверхностью при поляризационной обработке сигналов.

6. Характеристики оценки углового положения источника радиоизлучения по сигналам переизлученным проводящей регулярной шероховатой поверхностью при поляризационной обработке сигналов.

Практическая ценность работы. Исследовано влияние неоднородностей среды распространения в виде системы проводящих сфер, проводящей регулярной шероховатой поверхности, поворачивающейся металлической решетки с различными электродинамическими параметрами на точность оценки углового положения источника радиоизлучения. Полученные результаты позволяют выбрать параметры неоднородности среды и алгоритм оценки углового положения источника радиоизлучения по поляризационной структуре поля в зависимости от имеющейся априорной информации, требований, предъявляемых к точности оценки и степени простоты технической реализации, а также от сектора оцениваемых углов. Исследованы точностные характеристики измерения углового положения источника радиоизлучения, при сканировании диаграммой направленности приемной антенны; определена потенциальная точность оценки по методам минимума, максимума и равносигнальному методу. Полученные результаты могут найти применение в радиолокации, пассивной локации, в системах радиосвязи и др.

Внедрение научных результатов. Полученные в диссертации результаты внедрены в научно-исследовательский и учебный процессы в Воронежском институте МВД России, в Воронежском НИИ "Вега", в Воронежском НИИ связи.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1.-2. VII, X международной научно-технической конференции

"Радиолокация, навигация, связь". ВНИИС, 2001,2004. 3.-5. VI, VIII, IX международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях", 2001, 2003, 2004. 6.-8. Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы борьбы с преступностью". ВИ МВД России, 2002,2003,2004. 9. Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные вопросы разработки, эксплуатации и информационной защиты систем безопасности и телекоммуникационных систем". ВИ МВД России, 2002. 10.-11. Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем". ВИ МВД России, 2003,2004.

12. IV Всероссийской научно-практической конференции "Охрана, безопасность и связь". ВИ МВД России, 2003.

13. Межвузовской научно-практической конференции "Актуальные вопросы проектирования и эксплуатации средств охраны и защищенных коммуникационных систем". ВИ МВД России, 2000.

14. Межвузовской научно-практической конференции "Методы и способы повышения эффективности радиоэлектронных средств охраны". ВИ МВД России, 2001. 

15. Межвузовской научно-практической конференции "Современные проблемы противодействия преступности". ВИ МВД России, 2001.

Представленные в диссертации вопросы изложены в четырех разделах.

В первом разделе проанализированы методы радиопеленгации, а так же устройства, при помощи которых реализуются данные методы. Точностные характеристики фазового и амплитудного методов измерения углового положения источника радиоизлучения зависят от отношения размера апертуры приемной антенны к длине волны. Таким образом, для измерения углового положения источника радиоизлучения с высокой точностью требуется антенна большого, в длинах волн, размера. Для сокращения размеров антенн применяют поляризационный метод, основанный на регистрации поля, переизлученного неоднородностью среды. Точность данного метода зависит от разности действия неоднородности на компоненты вектора электромагнитного поля ортогонального поляризационного базиса. Таким образом, при определении углового положения по поляризационному методу отношение длины волны к поперечным размерам приемной антенны уже не является решающим фактором, определяющим точность оценки углового положения, данное обстоятельство позволяет уменьшить размеры приемных антенн. Однако, в настоящее время мало конструктивных разработок неоднородностей среды, которые могли бы одновременно отвечать таким требованиям, как высокая степень деполяризации, простота изготовления и небольшие размеры.

Во втором разделе выполнен синтез и анализ радиотехнического устройства осуществляющего измерение углового положения источника радиоизлучения при сканировании диаграммой направленности приемной антенны при оптимальной временной обработке сигнала. Приведена блок-схема данного устройства, определена потенциальная точность оценки измерения по методам минимума, максимума и равносигнальному методу. Выполнен синтез и анализ устройства,осуществляющего измерение углового положения источника радиоизлучения по сигналам, переизлученным поворачивающейся металлической решеткой, по методу максимального правдоподобия при поляризационной обработке.

В третьем разделе рассмотрено измерение углового положения источника радиоизлучения по сигналам, переизлученным системой проводящих сфер при поляризационной обработке. На основе теории дифракции на сфере записана модель сигнала, переизлученного системой проводящих сфер. По известному решению задачи о рассеянии волны на системе проводящих сфер записана модель сигнала на входе радиоприемного устройства. В предположении, широко используемом на практике, о приеме сигналов на фоне белого гауссовского шума, с помощью метода максимального правдоподобия синтезировано устройство для оценки углового положения источника радиоизлучения, приведена его блок-схема, выполнена практическая реализация устройства для измерения углового положения источника радиоизлучения. Проведен анализ выходного напряжения приемника максимального правдоподобия. Выполнен анализ точностных характеристик оценки углового положения источника радиоизлучения по поляризационной структуре поля, переизлученного системой проводящих сфер.

В четвертом разделе выполнен синтез и анализ радиотехнического устройства, осуществляющего измерение углового положения источника радиоизлучения по сигналам, переизлученного проводящей регулярной шероховатой поверхностью при поляризационной обработке. С помощью решения задачи рассеяния волны на проводящей регулярной шероховатой поверхности по методу изображений, записана модель сигнала на входе радиоприемного устройства. Приведена блок-схема устройства для измерения углового положения источника радиоизлучения. По выходному напряжению определены точностные характеристики оценки углового положения источника радиоизлучения. Предложено устройство измерения углового положения источника радиоизлучения по сигналам, переизлученным проводящей регулярной шероховатой поверхностью. Разработано устройство для измерения углового положения источника радиоизлучения с помощью параболической антенны с шероховатым зеркалом.

В заключении приведены выводы по работе в целом.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 28 работах [180-207]. 

Подобные работы
Юбков Анатолий Викторович
Анализ и синтез сверхвысокочастотных малошумящих транзисторных усилителей с частотно-зависимыми обратными связями
Ценцевицкий Андрей Андреевич
Квазирезонансные стабилизирующие воздействия на нелинейные системы с хаотической динамикой (Анализ и синтез)
Хафизов Динар Гафиятуллович
Синтез и анализ алгоритмов распознавания изображений пространственных групповых точечных объектов
Сурков Алексей Александрович
Анализ и синтез систем междупериодной комбинированной обработки многочастотных сигналов на фоне пассивных помех
Нгуен Зоан Хунг
Синтез и анализ алгоритмов радиолокационного определения характерных точек маршрута воздушного объекта
Ворожцов Дмитрий Михайлович
Синтез и анализ нейросетевой системы обнаружения 3D изображений объектов рентгеновской томографии
Борисов Андрей Алексеевич
Анализ и синтез генераторов хаотических колебаний для цифрового кодирования информации
Роженцов Алексей Аркадьевич
Синтез и анализ систем распознавания изображений групповых точечных объектов с оценкой их потенциальной помехоустойчивости
Евдокимов Алексей Олегович
Синтез и анализ алгоритмов распознавания и оценки параметров изображений групповых точечных объектов в условиях ошибок обнаружения отдельных отметок
Кравченко Евгений Владимирович
Численный анализ влияния деградации компонентов радиотехнических устройств из полимерных материалов на показатели надежности

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net