Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка алгоритмов обнаружения сигналов на основе детерминированной хаотической модели помех Жидков, Сергей Викторович

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Жидков, Сергей Викторович. Разработка алгоритмов обнаружения сигналов на основе детерминированной хаотической модели помех : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.16.- Ижевск, 2000.- 201 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2468-4

Введение к работе

Актуальность темы, В теории и технике систем радиолокации и связи одним ;п важнейших вопросов является обнаружение сигналов на фоне помех. Физическая природа помех может быть различной, однако их общей особенностью является то, что в реальных системах помехи, как правило, носят нерегулярный апериодический характер. Такой характер может объясняться воздействием ряда случайных факторов, в связи с чем для математического описания помех традиционно используют аппарат случайных процессов. В то же время исследования последних лет показывают, что нерегулярный "случайноподобный" характер могут носить процессы, сформированные с помощью простых нелинейных детерминированных систем. Такое поведешге детерминированных систем принято обозначать термином "хаос, а процессы соответственно "детерминированные хаотические".

После открытия явления динамического хаоса многие физические процессы, для описания которых ранее использовался аппарат случайных процессов, стали моделировать с позиций детерминированного хаоса. Такие тенденции наблюдаются, например, в биологии, медицине, механике, гидродинамике и радиотехнике.

В технике радиолокационных систем к такого рода процессам относятся помехи, вызванные отражением зондирующего сигната от взволнованной морской поверхности (ВМП). Вопросам моделирования отражений от ВМП детерминированным хаотическим процессом и синтеза обнаружителей сигналов на фоне детерминированных хаотических помех (ДХП) посвящены работы С.Хайкина, Г.Льюинга, Дж.Палмера и ряда других зарубежных ученых (в первую очередь США, Канады и Японии). Адекватность детерминированной хаотической модели помех от ВМП подтверждается экспериментальными результатами оценки фрактальной размерности и показателей Ляпунова, полученными независимо несколькими коллективами исследователей [(С. Хайкин и С. Пафуссерипади, 1997), (Дж. Палмер и др, 1998), (Дж. Чен и др., 1994)]. Существует ряд других примеров, когда динамика помех носит детерминированный хаотический характер.

В го же время в известных работах, посвященных математическому моделированию помех с позиций детерминированного хаоса, не учитываются свойства полезных сигналов, собственные шумы и другие искажения в приемном тракте РЛС, которые при использовании метода переменных состояния обычно входят в уравнение наблюдения. Такой подход не позволяет провести строгий математический синтез алгоритмов обнаружения сигналов на фоне ДХП, поэтому разработка таких алгоритмов проводится эвристическими методами [см. (Г. Льюинг, Т. Ло, 1993), (С. Хайкин и В. Ли, 1995), (Дж. Палмер и др., 1998)], а их эффективность и потенциальные возможности остаются практически неизученными. Кроме того, недостаточно рассмотрены вопросы практической реализации указанных алгоритмов; отсутствует анализ влияния собственных шумов, нелинейности приемного тракта, ограниченной разрядности АЦП и других ха-

рактеристик тракта обработки на показатели качества алгоритмов обнаружения сигналов на фоне ДХП.

В последнее время наблюдается повышенный интерес к исследованиям в данной области, что обусловлено с одной стороны постоянным ростом производительности современных вычислительных средств, с другой - практическими приложениями указанных алгоритмов. Данное обстоятельство определяет актуальность темы диссертации, связанной с разработкой и исследованием новых нетрадиционных методов обработки сигналов на фоне помех.

Цель работы. Целью настоящего диссертационного исследования является разработка и анализ алгоритмов обнаружения сигналов на фоне помех, динамика которых носит детерминированный хаотический характер.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

  1. Разработка математической модели реализации на входе решающей схемы приемника с учетом хаотической динамики помех и основных характеристик тракта обработки.

  2. Идентификация разработанной модели ДХП по экспериментальным данным.

  3. Синтез алгоритмов обнаружения сигналов на фоне детерминированных хаотических помех при непараметрической неопределенности относительно вида динамической системы, формирующей такие помехи.

  4. Оценка численных значений показателей качества синтезированных алгоритмов при воздействии ДХП, имеющих различную размерность.

  5. Исследование влияния искажений приемного тракта на показатели эффективности работы синтезированных алгоритмов и выработка рекомендаций по практическому применению таких алгоритмов.

Методы исследования. При теоретических исследованиях использованы теория статистических решений, теория классификации нелинейных динамических систем, методы аппроксимации нелинейных функций, методы математического и имитационного моделирования, а также математико-эвристические подходы к синтезу устройств, работающих в условиях априорной неопределенности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Предложена математическая модель реализации на входе решающей схемы приемника с учетом хаотической динамики помех, собственных шумов и искажений сигналов в приемном тракте РЛС. На основе данной модели с использованием математико-эвристического подхода разработаны алгоритмы обнаружения сигналов на фоне ДХП.

  2. Исследовано влияние нестационарного характера помехи на оценку фрактальной размерности; предложен метод формирования суррогатных данных для нестационарных временных последовательностей.

  3. Методом статистического моделирования проведен сравнительный анализ эффективности алгоритмов с линейным декоррелятором помехи и синтезированных алгоритмов при воздействии ДХП разной размерности.

  1. Исследовано влияние собственных шумов приемного тракта и ограниченной разрядности аналогово-цифрового преобразования на показатели качества синтезированных алгоритмов.

  2. Проведено исследование устойчивости разработанных алгоритмов при изменении вида и параметров динамической системы, формирующей ДХП.

Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждается численным моделированием, обработкой экспериментальных записей эхо-сигналов, отраженных от морской поверхности, корректным использованием математического аппарата, апробацией работы в виде докладов на Международных и Всероссийских конференциях и публикаций в научных изданиях.

Практическая значимость работы определяется тем, что разработанные и исследованные алгоритмы могут быть использованы для построения устройств обнаружения малозаметных объектов на фоне отражений от ВМП. Проведенные исследования позволяют сформулировать требования к тракту обработки, при которых становится целесообразным переход к алгоритмам с нелинейным предсказанием. Результаты работы могут быть использованы при определении путей модернизации существующих РЛС, при создании новых образцов береговых обзорных РЛС, а также при разработке имитаторов эхо-сигналов от морской поверхности.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Структурные схемы алгоритмов обнаружения сигналов на фоне детерминированных хаотических помех.

  2. Результаты статистического моделирования синтезированных алгоритмов обнаружения на фоне ДХП.

  3. Требования к уровню собственных шумов приемного тракта и узлам, осуществляющим аналогово-цифровое преобразование, при которых синтезированные алгоритмы оказываются эффективнее алгоритмов с линейным декоррелятором помехи.

  4. Рекомендации по практическому использованию и программно-аппаратной реализации разработанных алгоритмов.

Апробация работы, реализация и внедрение результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности, (Ижевск, 1997),

XXXI и XXXII научно-техническая конференция ИжГТУ, (Ижевск, 1998, 2000),

4-я Международная научно-техническая конференция РАДИОЛОКАЦИЯ, НАВИГАЦИЯ, СВЯЗЬ (Воронеж, 1998),

3-й Международный симпозиум СИБКОНВЕРС'99 (Томск, 1999).

Международная конференция "Информационные технологии в инновационных проектах" (Ижевск, 2000)

По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Теоретические и практические результаты работы использованы в НИР, а также внедрены в учебный процесс ао специальности 20.07 "Радиотехника" при изучении дисциплины "Цифровая обработка радиолокационных сигналов", что подтверждается соответствующими актами.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 196 страницах, включая 93 рисунка, 5 таблиц, и список использованной литературы из 112 наименований (основной текст составляет 139 машинописных страниц).