Введение к работе
1.1 Актуальность работы
Радиотеплолокация в микроволновом диапазоне является перспективным видом измерений при решении задач зондирования как атмосферы, так и поверхности Земли. Это объясняется тем, что радиотепло-локационные системы, осуществляющие прием и обработку сигналов теплового излучения, позволяют получать информацию как об объектах зондирования ( пространственное местоположение и интенсивность излучения), так и среде переноса излучения (оптическая толщина).
По измеренной интенсивности излучения или оптической толщине в результате решения обратной задачи могут быть определены влагозапас атмосферы, водозапас облаков, вертикальные профили температуры и влажности и т.д. Возможность решения обратных задач и достоверность полученных данных определяется погрешностью оценки величины ра-диояркостной температуры зондируемой области по выходному сигналу радиотеплолокационной системы. Точность данной оценки зависит как от чувствительности приемника, так и от степени разрешения информационной составляющей антенной температуры.
Современные достижения в электронике СВЧ позволяют обеспечить флуктуационный порог чувствительности приемников менее 0.05#. В таких условиях задача разработки радиотеплолокационных систем с высоким разрешением информационного сигнала на фоне помех, обусловленных ограниченной пространственной селективностью антенны и недетерминированным изменением ее характеристик под действием внешних дестабилизирующих факторов, приобретает особую актуальность и является одной из основных в вопросе повышения достоверности радиотеплолокационных измерений.
1.2 Состояние проблемы
Проблема, решение которой предлагается осуществить в данной работе, состоит в разработке эффективного способа выделения информационного сигнала в условиях действия внешних помех. Известны три основных подхода к ее решению:
-
статистическая оценка величины помеховых компонент антенной температуры;
-
снижение величины аддитивных помех при разработке антенн с повышенной пространственной селективностью;
3) построение адаптивных радиотеплолокационных систем.
Статистическая оценка помеховых компонент антенной температуры
основана на принятии упрощенных моделей излучения и использовании априорных данных по зондируемой области и окружающему пространству. Такой способ используется при оценке погрешности результа-
-4-тов зондирования атмосферы. При этом среднеквадратическая погрешность оценки радиояркостной температуры фона при неизменных условиях проведения измерений принималась, например, равной 10%, чтс при современном уровне чувствительности приемников составляет 30 50% суммарной погрешности определения радиояркостной температуры.
Разработка антенн с малым уровнем бокового и заднего излучения не обеспечивает полного решения проблемы, т.к. в выходном сигнале системы присутствуют составляющие, обусловленные собственным шумовым излучением антенны и не исключается помеховое действие на информационный сигнал слоя осадков на поверхности антенны.
Третьим и наиболее эффективным способом разрешения информационного сигнала является разработка адаптивных радиотеплоллокаци-онных систем, осуществляющих компенсацию помеховых составляющих антенной температуры. В них реализуется селективный прием помехово-го сигнала при формировании компенсирующего сигнала и прохождение эталонного сигнала через элементы антенны для оценки ее мультипликативного действия на информационный сигнал. Известные разработки, использующие угловое и поляризационное разрешение при формировании компенсирующего сигнала не обеспечивают полной его адекватности сигналу помехи при смене углового направления измерения или поляризации принимаемого сигнала.
1.3 Цели работы и задачи исследования
Цель настоящей работы заключалась в разработке адаптивной ра диотеплолокационной системы, реализующей выделение информацион ной компоненты входного сигнала приемника в условиях аддитивного v мультипликативного действия помехообразующих факторов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
разработать математическую модель и провести экспериментальные исследования антенны радиотеплолокационной системы, обеспечивающей возможность исключения главного лепестка ДН при адекватное сохранении уровня боковых лепестков;
-
разработать структурную схему адаптивной радиотеплолокацион ной системы, обеспечивающей схемную компенсацию помеховых компо нент входного сигнала;
-
разработать способ оценки точности реализации адаптивной ра диотеплолокационной системы в зависимости от параметров антенны;
4) исследовать достижимые значения инструментальной погреш
ности радиотеплолокационной системы с зеркальной антенной с разне
сенными вдоль фокальной оси облучателями;
-
разработать метод оптимизации параметров дополнительного антенного канала радиотеплолокационной системы, образованного облучателем смещенным из фокуса зеркала;
-
составить рекомендации по разработке антенны адаптивной радиотеплолокационной системы.
1.4 Научная новизна
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
-
разработан способ построения адаптивной радиотеплолокационной системы, в котором использован метод пространственного разрешения для отделения информационного сигнала от помеховых компонент;
-
осуществлено физико-математическое обоснование построения антенных систем радиотеплолокаторов, адаптивных к условиям измерений;
-
разработан способ оценки погрешности результатов измерения адаптивных радиотеплолокационных систем по критериям точности реализации оптимального алгоритма их построения;
-
разработан метод оптимизации при проведении синтеза дополнительного антенного канала, образованного облучателем смещенным из фокуса зеркала.
1.5 Практическая ценность
Практическая ценность работы заключается в том, что
-
разработана адаптивная радиотеплолокационная система, обеспечивающая разрешение информационного сигнала при аддитивных и мультипликативных воздействиях помех, не имеющая ограничений по методам измерений и по характеру и размерам зондируемых объектов;
-
разработана методика оценки инструментальной погрешности адаптивных радиотеплолокационных систем;
-
разработана математическая модель антенны адаптивной радиотеплолокационной системы в виде зеркальной антенны с разнесенными по фокальной оси облучателями основного и дополнительного канала;
-
разработана методика оптимизации параметров дополнительного антенного канала для решения задачи обеспечения повышенной точности измерений адаптивной радиотеплолокационной системой.
1.6 Реализация и внедрение результатов
Полученные в работе результаты вошли в отчеты по НИР (госбюджетных), проводимых на кафедре Радиотехники Муромского института ВлГУ с 1992 по 1997год. а также были включены в отчет по договору N26/96 с Главной Геофизической обсерваторией им.А.И.Воейкова в 1997году.
1.7 Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
II научная конференция " Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды" (Муром, июль, 1992).
-
Шестая Всероссийская научно-техническая конференция "Радиоприем и обработка сигналов ", посвященная 75-летию Нижегородской радиолаборатории(Нижний Новгород, 1993г.).
-
Всероссийская научно-техническая конференция "Разработка и применение САПР ВЧ и СВЧ электронной аппаратуры" (Владимир, 1994г.).
-
Международный Харьковский симпозиум " Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых волн" (Харьков, 7-Ю июня, 1994г.).
-
Международная научно-техническая конференция "Проблемы радиоэлектроники" (к100-летию радио), (Москва, 5 апреля, 1995г.).
-
Международная НТК "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем "(Пенза, 1995г.).
-
Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем " (Пенза,1996,1997, 1998г.г.).
-
XVIII Всесоюзная конференция по распространению радиоволн (С.-Петербург,17-19 сентября, 1996г.).
-
Ежегодные научно-технические конференции Муромского института Владимирского государственного университета (1993-1998).
Л Л Публикации по теме диссертации
Основное содержание работы опубликовано в 9 работах.
1.9 Структура и объем диссертационной работы
