Введение к работе
Диссертация посвящена разработке и исследованию новых оф-ктивных иетодов обработки сигналов доплеровских метео^ологи-ских радиолокаторов, ориентированных на применение совремея-х персональных кошіьютеров. Создание программно-методического еспечения измерений спектральпиг характеристик сигналов также ляется предметом диссертации.
Актуальность работы определяется тенденцией замены некоге-нтных метеорологических радиолокаторов доплеровскиии для целей следования динамических процессов в атмосфере, для применения ряде отраслей народвого хозяйства. Развитие современной коге-нгной радиолокационной техники метеорологического применения, зникновение новых направлений в метеорологической радиолокации ких как радиолокация безоблачной атмосферы, СТ и UCT радиолоция стимулируют применение новых, эффективных методов обработ-сигналов, отраженных (рассеянных) различными ыетеообгектаыи. цность сигналов, рассеянных пеоднородностяил показателя преломляя воздуха в безоблачной атмосфере, монет быть в десятки и ітни раз ыеньпе мощности пума радиолокатора*
5 отих условиях для измерения спектральных характеристик ігналов с заданной временной я пространственной дискретностью 'Обходимо применять методы, основанные на оптимальном статисти-іском синтезе, и включающие в себя выделение (фильтрацию)' сиг-лоз из снеси о нуиоы. Испольвуеыые до настояцего времени в іакзике метеорологической радиолокации методы обработки сигна-в часто не позволяют производить оценивание пх спектральных ха-ктеристик о необходимой точностью, особенно при наличяи слабых гналов.
Целью работы являлась разработка и исследование новых эффек-вных методов оценки спектральных харьхтеряотик оигналоа кого-нтшх метеорологических РЛС, создание методик и программ для временных персональных компьютеров о целью практического при -нения разработанных методов.
Для достижения указанной целя, проведены следующие работы я следования:
- А т.
-
Проведен анализ и сравнение градационных методов оценки спектральных характериохик сигналов (метод периодограмм, метод парных импульсов) и неходов оптимального параметрического оценивания (метод максимальной гыхролш Ш1Э, метод фильтра Калмана-Быооси ФКБ). Сделана и проиллюстрирована необходимая физическая адаптация последних для целей доплеровской метеорологической радиолокации.
-
Методически проработана процедура предварительной фильтрации сигнала и скати:і информации с использованием низкочастотны: цифровых фильхров. Разработан пакех программ прямого синтеза цифровых фильтров Баттерворха.
-
Предложен, хеорехически и експериментально исследован высокоэффективный меход оценки средней часхоты и ширины слекхра слабых сигналов, основанный на принципе адаптивной фильтрации. Проведено сравнение метода с традиционно применяющимися в метеорадиолокации и показаны его преимущества. Проанализированы процедуры длительного накопления спектральных оценок слабых сигнале] при использовании различных методов, в том числе и мехода адаптивной фильтрации.
-
Разработав и експериментально обоснован алгоритмический метод устранения неоднозначности при измерении скорости и направления ветра радиолокаторами оантиметрового диапазона, осуществляющими сканирование окружающего проохрансхва в режиме кругового обзора.
-
Разработан пакет программ ввода и обработки в реальном масштабе времени оигналов доплеровоких метеорологических радиолокаторов, реалиаующий предложенные и традиционные методы обработки, для персональных компьютеров РС/АТ-286 и РС/АТ-386.
Научная новизна работы
-
Впервые для целей обработки сигналов доплеровоких метеорологических РЛС предложен и исследован метод оценки вредней частоты и ширины спектра сигналов, основанный на принципах адаптивной фильтрации сигнала ив смеси с шумом.
-
Впервые получены экспериментальные оценки спектральных параметров слабых оигналов метеорологического радиолокатора о уровнем-отношения сигнал/шум -28 дБ.
3. Впервые предложен алгоритмический метод устранения ноод-ээиачности измерений скорости и направления ветра при зкапиро-иши в реяико кругового обзора, синтезированный по опгииальпоиу гатистическоиу критеріїв максиналыюго правдоподобия.
Практическая ценность работы
1. Оптимальные параиетрические методы оценки спектральных
ірактеристик сигналов (ШЭ - ФКБ), предложенный а работе могод
цаптивной фильтрации использовались при обработки сигналов ио-
тедовательских метеорологических радиолокаторов сантииетрового
дециметрового диапазонов. Производеїш ивиерения средней часто-1 и ширины спектра сигналов, рассеянных иеоднородпостяии пока-ітеля прелоиления воздуха в безоблачной атиосфоро с малый уров-зц отношения сигнал/пум . -10 * -28 дБ.
-
Разработанный алгоритмический иетод устранения неоднов-ічпости изиерений скорости и направления вотра использовался в аботе ряда доплеровских иетеорологических коцплексов сантиметро-эго диапазона, установленных в различных пупктаг: Долгопрудный, эроноя, Таикент, НИС "Академик Иириов", и показал свои высокую {фекгивность.
-
Созданный пакет програші ввода и обработки сигналов доп-зровских иетеорологических радиолокаторов коаег являться осно-зй для внедрения продлояенных методов в практику иогеорадиоло-ации. Прииенение разработанного пакета совместно с устройством зода радиолокационной информации в персональну» ЗВИ делает ра-їолокаци'оннне измерительные комплексы гибкими я универсальными, ззволяет проводить измерения динамических характеристик атмо-&еры в вироком диапазоне отношения сигнал/шуц.
На завиту выносятся;
-
Кетод адаптивной фильтрация для оценки сродней частоты и ірини спектра сигналов доплеровских метеорологических радиоло-ігоров. Результаты аналитического, численного и вкспериненталі->го исследования его точностных свойств.
-
Структура гибкой систеиы обработки слабых я сверхслабых ігяалов доплеровских иетеорологических РЛС о уровнем отношения ігнал/щум -3 » -30 дБ, включающая в себя процедуры предвари-
тельной фильтрации, оптішального оценивания спектральных параиеа ров, длительное накопление, а также способ ее реализации, ориентированный на применение современной персональной ЭВМ.
-
Алгоритмический метод устранения неоднозначности иамере-ния скорости и направления ветра при сканировании окружающего пространства в режиме кругового обзора.
-
Пакет програми ввода н обработки сигналов доплеровских метеорологических радиолокаторов для персональных ЭВМ типа РС/АТ-286 и РС/АТ-386, реализующий предлохенные и традиционные методы обработки.
Апробация работ
Основные результаты диссертационной работы докладывались ш П научно-технической конференции (г.Воронеж, 1989), на Всесоианс конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, (г.Нальчик, 1991), на научных конференциях и семинарах ЩО.
Публикации
По теме диооертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, спискі цитируемой литературы и прилоаения. Работа иглохена на 156 страї цах и включает 29 рисунков. Список литературы содержит KB наинеї ваний.