Введение к работе
Актуальность проблемы. В эксплуатационной практике радиотехнических средств на транспорте одной из важнейших является задача оценки параметров движения транспортных средств (ТС). Теория оценки параметров движения объектов достаточно хорошо развита. В ее основу положена обработка радиосигналов, отраженных транспортным средством при нахождении его в зоне действия радиолокационного измерителя. На практике такую обработку осуществляют радиотехнические системы ближнего действия (РБД), в которых могут реализовываться различные принципы измерения параметров движения транспортных средств.
В то же время, на определенных важных участках, например, на железнодорожном транспорте, чаще всего требуется знать такие параметры транспортного средства, как координаты его местонахождения, дальность до объекта, а также скорость и ускорение движения транспортного средства. Скорость является одним из важнейших параметров для интервального регулирования и прицельного торможения в системах автоматического регулирования скорости (ЛРС). Величину скорости движения ТС можно определить, например, с помощью используемых в настоящее время радиотехнических измерителей скорости. Вместе с тем, исследования показали, что в некоторых случаях одной информации о скорости движения ТС для эффективной работы явно недостаточно, так как значение скорости может быть получено с некоторой погрешностью. Повысить качество работы системы автоматического регулирования скорости (ЛРС) и системы контроля заполнения путей (КЗП) на сортировочных горках можно, если производить оценку вторичного параметра движения, каким является ускорение. Имея данные не только о величине скорости, но и оценке ускорения движения ТС. можно значительно повысить перерабатывающую способность сортировочных горок. "Это особенно актуально в настоящее время в условиях возрастающих требований к работе железнодорожного транспорта, а также возможности применения нового поколения информационно-измерительных датчиков. Между тем, существующие методы и алгоритмы оценки ускорения не способны обеспечить необходимую точность и качество оценивания, так как практически не учитывают воздействие на принимаемую антенной измерителя реализацию :игнала негауссовских помех, в том числе и аномальных выбросов помехи, в эезультате чего в качестве оценки ускорения могут выступать значения, іалекие от истинных. В связи с этим возникает проблема разработки )ысокоэффективных алгоритмов обработки вторичных параметров івижения, например, ускорения, при воздействии негауссовских помех.
Задача оценки ускорения движения ТС рассматривалась в ряде работ. Эднако вопросы синтеза алгоритмов нелинейной фильтрации ускорения в
условиях аддитивных негауссовских помех освещены не достаточно. Кроме того, не проработана задача практической реализации таких алгоритмов оценки ускорения.
Вышеуказанная ситуация обусловливает актуальность задачи оценки вторичных параметров движения протяженных транспортных средств.
Целью диссертационной работы является разработка и техническая реализация алгоритмов и устройств оценки ускорения движения транспортных средств на базе радиотехнических устройств ближнего действия.
Основные задачи работы:
-
Анализ существующих алгоритмов нелинейной обработки ускорения с целью повышения их эффективности. Синтез и анализ оптимальных рекуррентных алгоритмов фильтрации ускорения в условиях воздействия аддитивных негауссовских помех в условиях частичной или полной априорной определенности относительно формы ПРВ помех при использовании различных видов функций потерь.
-
Анализ адаптивных и робастных алгоритмов оценки ускорения в условиях априорной неопределенности относительно параметров действующих помех и разработка методов определения неизвестных параметров помех.
-
Синтез оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов фильтрации ускорения в условиях воздействия аномальных негауссовских помех.
-
Математическое моделирование рассматриваемых алгоритмов нелинейной фильтрации ускорения, сравнительный анализ их эффективности и практическое использование разработанных алгоритмов.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании теории вероятностей случайных процессов, математической статистики и статистической радиотехники, теории оптимальной нелинейной фильтрации. Экспериментальные исследования выполнены с использованием математического моделирования на персональной ЭВМ и статистической обработки реальных эксплуатационных данных, полученных в условиях работы сортировочной горки.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
установлены вторичные характеристики параметров движения ТС, найденные на основе обработки сигналов, отраженных от движущихся протяженных объектов в радиосистемах ближнего действия;
предложены статистические модели ускорения, полученные на основе экспериментальных исследований, и подтверждающие в общем случае наличие в реализации ускорения аномальных негауссовских помех;
синтезированы рекуррентные оптимальные алгоритмы оценки ускорения в условиях полной априорной определенности относительно формы ПРВ помех с использованием сложной функции потерь;
разработаны адаптивные и робастные алгоритмы обработки ускорения в условиях частичной априорной неопределенности относительно распределения помехи;
предложен принцип получения характеристик действующих на реализацию ускорения аномальных помех методом моментов;
определены оценки эффективности оптимальных, адаптивных и робастных алгоритмов фильтрации ускорения, обоснование целесообразности разработки нелинейного алгоритма обработки ускорения с регулируемым порогом оценивания;
разработаны рекуррентные алгоритмы нелинейной фильтрации ускорения с регулируемым порогом оценки ускорения, функционирующие в сложной помеховой обстановке при наличии аномальных выбросов.
Практическая ценность заключается в следующем:
разработаны высокоэффективные рекуррентные алгоритмы нелинейной фильтрации ускорения с регулируемым порогом оценивания, позволяющие существенно уменьшить погрешность измерения параметров движения протяженных объектов в радиосистемах ближнего действия путем отбраковки случайных аномальных выбросов негауссовских помех, воздействующих на получаемую реализацию результирующего сигнала.
разработаны программы для численного моделирования алгоритмов нелинейной фильтрации при различных характеристиках действующих нормальных и аномальных помех, применимые для обработки в реальных условиях;
разработан и реализован блок измерения вторичных параметров движения, функционирующий в соответствии с синтезированным алгоритмом нелинейной фильтрации ускорения с регулируемым порогом оценивания.
FТа защиту выносятся оптимальные и робастные алгоритмы нелинейной фильтрации ускорения движения транспортных средств в условиях воздействия аномальных выбросов помех, в общем случае имеющих негауссовское распределение.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке в рамках ОКР на НПО 'Исток' измерителя параметров движения железнодорожных вагонов повышенной точности и опытной эксплуатации с июня 1994 года этого измерителя на Восточной сортировочной горке ст.Горький-Сортировочный Горьковской железной дороги, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.
При участии автора разработан и внедрен многофункциональный датчик (МФД) параметров движения: скорости, ускорения, дальности, длины железнодорожных отцепов для систем динамического контроля заполнения путей сортировочных горок (ДКЗП).
("
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
l.Ha научно-технических конференциях студентов и аспирантов МИИТа (Москва, 1991-1992 г.г.).
-
На X1I1 научно-техническом семинаре 'Статистический синтез и анализ информационных систем' (Рязань,. 1994 г.).
-
На кафедре 'Радиотехника и радиотехнические системы' ГАСБУ (Москва, 1993-1997 г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 73 наименования и 8 Приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков и 7 таблиц. Приложения изложены на 31 странице, содержат тексты программ моделирования и 29 рисунков.
Похожие диссертации на Оценка вторичных параметров движения транспортных средств в радиосистемах ближнего действия
