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