КОМП’ЮТЕРИЗОВАНІ ЗАСОБИ ОЦІНЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РУХУ ОБ’ЄКТІВ НА ОСНОВІ МАЛОХВИЛЬОВОГО (ВЕЙВЛЕТ) ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ ЗОНДУВАННЯ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, проведено аналіз стану проблеми, сформульовано мету та задачі досліджень, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, а також описано структуру дисертації та наведено дані про апробацію роботи і публікації.

Перший розділ присвячено аналізові існуючих методів та засобів оцінювання параметрів руху об’єктів. Оскільки найбільш вживаними серед оцінюваних параметрів є віддаль до об’єкта спостереження та швидкість його руху, то на їх основі розглянуто алгоритми та структури побудови відповідних пристроїв, які здійснюють виокремлення інформативних складових при опрацюванні відбитих сигналів як в часовій, так і в частотній областях. Проведений аналіз показав, що вирішення завдань щодо оцінювання певних параметрів руху об’єктів вимагають особливого підходу до вибору сигналів і їх опрацювання. Відповідно до поставлених завдань синтезують ту чи іншу структурну схему для опрацювання вибраних сигналів.

В результаті порівняльного аналізу методів і засобів опрацювання сигналів локації у часовій та у частотній областях показано, що у випадку використання зондувальних короткотривалих імпульсних сигналів, кращих якісних характеристик щодо оцінювання параметрів руху об’єктів локації можна досягнути шляхом опрацювання цих сигналів кореляційними та кореляційно-фільтровими методами. Такі сигнали, у більшості випадків, відповідають широкосмуговим моделям.

Таким чином, для оцінювання параметрів руху об’єктів локації доцільно використовувати згадані широкосмугові моделі зондувальних сигналів та опрацьовувати їх відповідно у часовій та часо-частотній областях, оскільки останні дозволяють значно збільшити роздільну здатність щодо віддалі і забезпечують кращу стійкість до зовнішніх завад. Крім того, точність оцінювання відстані до рухомого об’єкта спостереження кореляційними приймачами залежить, зокрема, і від тривалості зондувальних імпульсів. Останню вибирають такою, щоб нівелювати вплив доплерівської частоти у кореляторі.

Не дивлячись на усю різноманітність застосовуваних на практиці імпульсних сигналів і можливих чинників спотворення, опрацювання таких сигналів має низку загальних особливостей, які приводять до єдиної структури реальних радіотехнічних систем, що вирішують задачу оцінювання такого інформаційного параметра, як час затримки прийнятого корисного сигналу відносно зондувального. Пристрої локації, побудовані на основі поданої структури як правило забезпечують похибку оцінювання віддалі в межах 3 ¸ 5%. Значення цієї похибки обумовлене впливом на корисний сигнал як зовнішніх та внутрішніх завад, так і неможливістю врахування у повній мірі його відповідних частотних та часових зсувів. В результаті аналізу основних методів усунення похибок встановлено, що серед усіх складових сумарної похибки таких пристроїв локації найважче забезпечити зменшення впливу складової похибки, яка обумовлена невизначеністю часу встановлення переднього фронту відбитого імпульсу. Для зменшення впливу вказаної похибки доцільно розробляти якісно нові алгоритми та структури опрацювання імпульсних сигналів зондування, які б забезпечували кращі метрологічні характеристики.

Як показує аналіз, точність оцінювання інформативних параметрів сигналів суттєво залежить від способу їх подання, отже для покращення цієї характеристики постає завдання розроблення нових методів, які б забезпечували ефективне перетворення та опрацювання таких сигналів. Таким чином, основним завданням даної роботи є узагальнення і розроблення нових ефективних підходів щодо перетворення та опрацювання відбитих сигналів локації і створення на цій основі математичних моделей, алгоритмів та структур відповідних перетворювачів, які б дозволяли поєднати ефективну фільтрацію відбитого сигналу локації з його доброю часовою локалізацією і забезпечували б високу завадостійкість та точність оцінювання параметрів руху об’єктів.

В другому розділі обґрунтовано вибір області подання сигналів для забезпечення якісного виділення і локалізації зондувального сигналу на тлі завад. Показано, що часо-частотна (вейвлет) область подання сигналів робить можливим виявлення і подальшу локалізацію відбитих сигналів при навіть низькому співвідношенні сигнал/шум, що в свою чергу приводить до підвищення точності оцінювання віддалі до об’єкта локації, зменшення потужності випромінювання необхідних високочастотних хвиль чи альтернативне збільшення віддалі виявлення об’єктів радарними системами [8, 13, 17]. З метою обґрунтування використання вейвлет-перетворення для опрацювання сигналів локації, в роботі встановлені певні аналогії з такими відомими видами перетворень, як перетворення Фур’є.

На основі проведеного аналізу встановлено, що базове перетворення Фур’є має обмежене використання щодо опрацювання широкосмугових сигналів у тому випадку, коли, окрім аналізу частотного наповнення цих сигналів, таке перетворення повинне відображати час появи відповідних спектральних складових [2, 11 – 13]. Нездатність базових перетворень Фур’є здійснювати часову локалізацію особливостей сигналу може бути частково вирішена введенням у перетворення рухомої віконної функції, яка має компактний носій. Однак, таке часо-частотне вікно є фіксованої тривалості і, таким чином, малопридатним для дослідження сигналів з широким спектральним вмістом. З огляду на це, замість опрацювання широкосмугових сигналів з використанням короткочасового перетворення Фур’є пропонується більш перспективний підхід до опрацювання, який базується на малохвильовому перетворенні.

У роботі проведено дослідження щодо оцінки ефективності використання малохвильового перетворення для здійснення фільтрації і часової локалізації відбитого радіоімпульсу [8, 18].