Регистрация / Вход
Прислать материал

Алгоритм быстрого синтеза Е-импульса применяемый для распознавания целей в сверхширокополосной радиолокации

Сведения об участнике
ФИО
Филимонова Дарья Владимировна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования национальный исследовательский университет «Московский авиационный институт»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Алгоритм быстрого синтеза Е-импульса применяемый для распознавания целей в сверхширокополосной радиолокации
Резюме
В работе рассмотрена система распознавания радиолокационных объектов по отклику объектов на широкополосное электромагнитное воздействие.
Особое внимание в работе уделено синтезу Е‒импульсов, состоящих из последовательных секций, базисными функциями которых являются полиномы различного порядка. В рамках работы представлен альтернативный способ решения задачи нахождения коэффициентов Е-импульса, избегающий нестабильности результатов применения классического подхода, заключающегося в решении системы алгебраических уравнений.
Найдены оптимальные параметры Е-импульса, способные обеспечить различение объектов при малых отношениях сигнал-шум.
Ключевые слова
Е-импульс, гасящий импульс, метод сингулярного разложения, собственные резонансы, распознавание радиолокационных целей, цифровая обработка сигналов
Цели и задачи
Целью исследования является разработка быстродействующей системы, позволяющей проводить идентификацию целей в сверхширокополосной радиолокации на основе их собственных резонансов.

Для достижения цели в работе были поставлены и решены следующие задачи.

1. Рассмотреть современные резонансные модели целей в сверхширокополосной радиолокации и процедуры оценки их параметров во временной и частотной области.

2. Провести сравнительный анализ существующих подходов к синтезу Е-импульса, выявить способы их реализации и основные недостатки существующих алгоритмов.

3. Разработать новый алгоритм синтеза Е-импульса, обладающий высоким быстродействием и лишенный недостатков, связанных с не удовлетворяющим некорректным решением

4. Выполнить оценку эффективности предложенного алгоритма синтеза Е-импульса при решении задачи идентификации радиолокационных целей.

5. Определить инновационный и коммерческий потенциал полученного решения. Выполнить регистрацию результата интеллектуальной деятельности.
Введение

На протяжении последних десятилетий продолжает быть актуальной задача различения технических объектов на основе обработки электромагнитного поля, рассеянного ими при облучении радиосигналами с широкими спектрами.

Согласно методу сингулярного разложения, отраженный от объекта радиолокационный сигнал, порождаемый наводимым в цели электромагнитным полем вследствие ее облучения, в поздневременной области описывается детерминированной функцией, включающей уникальные инвариантные к ракурсу для каждой цели признаки - полюса.

Положение о практической стабильности значений полюсов нашло применение в способах, реализующих идентификацию целей независимо от угла их облучения. К числу таких способов относится метод Е‑импульса.

Методы и материалы

Применяются следующие математические методы: теория матричных преобразований, операционное исчисление.

При проведении имитационного моделирования с использованием алгоритмов, используются данные о полюсах масштабных моделей двух самолетов: Boeing 707 (B‑707) и McDonnel Douglas F-18 размерами 33 и 38,5 см, значения собственных резонансов которых были получены на основе экспериментальных измерений и впервые опубликованы в одной из статей.

Описание и обсуждение результатов

В настоящей работе был рассмотрен метод гасящего импульса (Е-импульса) в применении к идентификации радиолокационных целей, использующий в качестве признака для идентификации параметры импульсной характеристики облучаемой цели. Основное внимание в работе уделялось процедуре синтеза сигнала Е‑импульса посекционного полиномиального вида. В дополнение к базовым условиям были введены условия гладкости и непрерывности сигнала Е-импульса, позволяющие облегчить задачу его непосредственного излучения, а также было сформулировано условие линейности. Было показано, что совокупность необходимых и дополнительных условий накладывает жесткую связь на количество секций при известном количестве полюсов и желаемом порядке полиномов; формула связи получена в работе.

В связи с этим был рассмотрен прямой способ решения задачи определения коэффициентов Е‑импульса посредством решения системы линейных алгебраических уравнений. Была подробно описана структура матрицы, стоящей в левой части матричного уравнения, и обозначена простая структура вектора правой части. В результате было установлено, что такой способ не является эффективным при возрастании порядка полиномов секций Е-импульса.

Для преодоления недостатков прямого способа автором предложен быстрый алгоритм, позволяющий синтезировать идентичный полиномиальный сигнал без решения системы уравнений. Новизна полученного результата состоит в том, что этот способ позволяет избежать неоднозначностей, связанных с матрицей в левой части, при этом скорость получения решения заметно возрастает, что было показано моделированием с использованием программного пакета.

Рассмотрена схема распознавания целей на основе метода Е-импульса. В качестве примера на её основе была построена система распознавания двух целей. Качество распознавания было оценено в зависимости от отношения сигнал-шум в предположении о присутствии аддитивного гауссовского шума в принятом сигнале. В результате статистического моделирования была построена зависимость качества идентификации от определяющих параметров Е‑импульса – длительности секции и порядка используемых полиномов.

Проведенное моделирование показало, что дискриминационные свойства посекционного Е‑импульса существенно зависят от длительности секции и слабо зависят от порядка полиномиальной функции. Так, существуют оптимальные значения этих параметров, использование которых обеспечивает максимум дискриминационного числа, что позволяет добиться распознавания при меньших отношениях сигнал-шум и, таким образом, расширить границы практической применимости метода.

В ходе разработки алгоритма была разработана "Программа синтеза и оценки качества сигнала вида "гасящий импульс" и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015612725.

Используемые источники
1. E.J. Rothwell, Radar target discrimination using the extinction-pulse technique, Ph.D. dissertation, Michigan State University, 1985.
2. M.C. Carrión, A. Gallego, J. Portí, and D.P. Ruiz, Subsectional-polynominal E-pulse synthesis and application to radar target discrimination // IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AP-41, no. 9, September 1993.
5. E. Rothwell, P. Ilavarasan, and J. Ross, Perfomance of an automated radar target discrimination scheme using E-pulses and S-pulses // IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. 41, no. 5, May 1993.
3. Филимонова Д.В., Шевгунов Т.Я., Оптимизация параметров посекционного полиномиального е-импульса при решении задачи различения целей в сверхширокополосной радиолокации // VIII Всероссийская конференция научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь», ИРЭ РАН, 24-26 ноября 2014, стр. 52–56.
Information about the project
Surname Name
Filimonova Daria
Project title
A Fast Algorithm of the E-Pulse Synthesis for Target Discrimination In Ultra-Wideband Radio
Summary of the project
In this research, the foundation of E-pulse (extinction pulse) method is considered as a possible way to design a target discrimination scheme using reflected responses for wideband electromagnetic incident pulse. The synthesis procedure of subsectional maximally smooth polynomial E-pulse appears to assume the equation taken for the number of sections, the number of natural resonances and the used polynomial order. The solving of matrix equations were replaced by a new fast algorithm, improving the synthesis procedure. It avoids errors connected with an ill-conditioned matrix and increases the operations speed. In accordance with discrimination system structure, the E-pulse discrimination number dependency on section width and polynomial order is investigated. The results of statistical simulation for the two target problem show that E-pulse built for optimal parameters preserves enough discriminating potential for low signal-to-noise ratio.
Keywords
E-pulse, extinction pulse, SEM, natural resonances, radar target discrimination, digital signal processing