Модели случайных ошибок оценивания параметров сигналов источников радиоизлучения на летно-подъемных средствах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модели случайных ошибок оценивания параметров сигналов источников радиоизлучения на летно-подъемных средствах

В.А. Павлов, Р.С. Нистратов, Ле Ван Донг, Е. С. Шерстяных

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (ВУНЦ ВВС ВВА), Воронеж, Российская Федерация

Аннотация

пеленгование сигнал радиоприемник подъемный

Проведен анализ зависимости точности оценивания параметров сигналов и пеленгования их источников размещенных на летно-подъемных средствах на основе исследования зависимости отношения сигнал/шум на входе радиоприемника от угла места источника сигнала. Приведены графики этих зависимостей. Предложены рекомендации по повышению точности оценивания параметров сигналов.

Ключевые слова: шаблон доклада; форматирование; стиль; формулы; (другие ключевые слова).

Models of random errors in estimating signal parameters of the radio emission sources on flight-lifting facilities

V. A. Pavlov, R. S. Nistratov, Le Van Dong, E. S. Sherstyanyh

Military education scientific center of Air Force «N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin Air Force Academy», MESC AF «AFA»), Voronezh, Russian Federation

Abstract. The article analyzes the dependence of the accuracy of the estimation of the signal parameters and the direction of their sources placed on the flight-lifting means of the basis of the investigation of the dependence of signal-to-noise ratio at the input of the radio receiver on the angle of source location of the signal. The graphs of these dependencies are given. Recommendations are proposed to improve the accuracy of the estimation of signal parameters.

Keywords: radio monitoring; radio emission source; flight-lifting facility; space-time processing, tilt.

Решение большинства задач радиомониторинга связано с оцениванием параметров сигналов и пространственного положения излучающих эти сигналы радиоэлектронных средств (РЭС). Под термином «оценивание» понимается измерение параметров сигналов в условиях воздействия случайных факторов. В [1, 2, 4] показано, что решение задачи оценивания параметров сигналов может осуществляться на основе методов их пространственно-временной обработки сигналов (ПВОС), которые обеспечивают высокую эффективность (точность, достоверность, надежность оценок) оценивания, определение местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) и сокращение времени решения задач обнаружения - пеленгования - оценивания параметров.

В большинстве случаев ПВОС осуществляется в азимутальной плоскости с использованием кольцевых или линейных адаптивных антенных систем (ААС). Поскольку в современных условиях в качестве носителей ИРИ широко используются летно-подъемные средства, то, очевидно, использование азимутальных ААС приведет к снижению отношения сигнал/шум (ОСШ) на входе радиоприемника и, как следствие, снижению точности оценок.

Настоящая статья посвящена исследованию влияния угла места летно-подъемного средства - носителя ИРИ на точность оценивания параметров сигналов и пеленгования их источников.

Анализ формы диаграммы направленности вибратора в вертикальной плоскости

Оценивание параметров сигналов с использованием методов ПВОС основано на анализе ковариационной матрицы входных воздействий, элементы которой содержат информацию о спектральных, частотных, энергетических параметрах входных воздействий и пространственном положении их источников [2, 4]. Для средств радиомониторинга, как правило, используются ААС, элементами которых являются несимметричные вибраторы. С помощь таких элементов энергия электромагнитного поля входных воздействий преобразуется в ЭДС сигналов. Из теории антенн известно, что энергия сигнала зависит от направления прихода радиоволн. Такая зависимость называется амплитудной диаграммой направленности (ДН). Она характеризует коэффициент усиления антенны в направлении на источник сигнала. Следовательно, такая зависимость приводит к зависимости показателя ОСШ на входе радиоприемника от направления прихода радиоволн.

Известно [3], что ДН вертикального несимметричного вибратора, расположенного над идеально проводящей плоской землей, в азимутальной (Н) плоскости представляет собой окружность

(1)

где с - азимут источника сигнала.

В вертикальной (Е) плоскости выражение для ДН имеет более сложный вид [3]

, (2)

где - угол места - длина волны радиоизлучения; l - длина вибратора.

Таким образом, из (1) видно, что в Н - плоскости энергия сигнала в антенном элементе не зависит от азимута с.

Графики нормированной ДН для различных соотношений линейных размеров вибратора и длины волны (, , ) в Е - плоскости представлены на рис. 1.

Рис. 1. ДН вертикального несимметричного вибратора в Е - плоскости для различных соотношений l/л.

Анализ (2) и графиков ДН (рис. 1) показывает, что при приходе радиоволн с направления, совпадающего с осью вибратора наводимое напряжение равно нулю, максимальное значения амплитуда принимаемого сигнала достигает в случае прихода электромагнитных волн сигнала с направления, перпендикулярного оси вибратора (т.е.) и уменьшается при увеличении значения угла .

Модель учета влияния угла места источника радиоизлучения на отношение сигнал / шум

Учитывая, что мощность сигнала пропорционально квадрату его амплитуды, то зависимость отношения мощности сигнала к шуму от угла прихода радиоволн в Н-плоскости (угла места) определяется выражением

. (3)

Выражение (3) удобнее представить в виде, нормированном к максимальному значению ОСШ на входе радиоприемника

, (4)

где .

Графическая зависимость отношения мощности сигнала к мощности шума от угла места для различных значений отношения разноса антенных элементов и длины волны принимаемого сигнала представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость отношения мощности сигнала к мощности шума от угла места для различных значений отношения разноса антенных элементов и длины волны принимаемого сигнала.

Видно, что энергия наводимого в антенном элементе сигнала монотонно убывает с увеличением угла места ИРИ. Эта зависимость усиливается с увеличением отношения линейных размеров вибратора к длине волны принимаемого сигнала.

В [5] отмечено, что статистические свойства разностей фаз в двухканальных измерителях являются основой для анализа многоканальных (многобазовых) устройств пространственно-временной обработки. Здесь же показано, что закон распределения мгновенной разности фаз в каналах обработки может быть получен лишь при некоторых допущениях. При условии, что фазовая расстройка в каналах обработки отсутствует, а ОСШ достаточно велико распределение мгновенной разности фаз в каналах обработки на интервале (-р, р) описывается нормальным законом с нулевым средним

(5)

и дисперсией

, (6)

где r - обобщенный коэффициент корреляции двухканальной помехи.

Для случая некоррелированной помехи r = 0 дисперсия мгновенной разности фаз в каналах обработки зависит только от ОСШ.

, (7)

При малых ОСШ (q?0.6) распределение мгновенной разности фаз в каналах обработки на интервале (-р , р) может быть описано достаточно простым выражением

, (8)

Коэффициенты А и В определяются только ОСШ и значением обобщенного коэффициента корреляции помех в каналах. При некоррелированных помехах

.

На рис. 3 приведены графики распределения мгновенной разности фаз в каналах обработки для случая отсутствия фазовой расстройки в каналах обработки и некоррелированности помех.

Рис. 3. Графики распределения мгновенной разности фаз в каналах обработки.

Видно, что графики распределения мгновенной разности фаз в каналах обработки симметричны относительно ? = 0. Это означает, что ошибки оценивания параметров сигналов и пеленгования их источников при принятых допущениях носят случайный характер (систематическая составляющая отсутствует). Повышения точности оценок можно достичь за счет проведения многократных измерений и статистической обработки результатов.

Заключение

Для случая, когда фазовая расстройка в каналах обработки отличается от нуля, симметрия графиков пропадает, появляется систематическая ошибка оценивания. Уменьшить систематические ошибки можно двумя способами. Первый предполагает реализацию процедуры выравнивания передаточных фазочастотных характеристик каналов устройства.

Способы ее реализации известны для аналогового, цифрового и компьютерного вариантов построения многоканальных измерителей. Для реализации второго варианта необходимо осуществить статистическую обработку результатов многократных измерений с определением дисперсии и математического ожидания оценок, которое характеризует систематическую ошибку. Она может быть учтена путем внесения поправки в конечную оценку параметра.

Таким образом, представленные материалы позволяют сделать вывод о том, что с увеличением угла места источника радиоизлучения точность оценивания параметров сигналов и местоположения их источников снижается из-за возникновения как случайных, так и систематических ошибок вследствие уменьшения отношения сигнал / шум на входе устройства обработки. Причиной случайных ошибок является за счет увеличения дисперсии мгновенной разности фаз в каналах обработки при уменьшении ОСШ. Систематическая ошибка возникает при не идентичности передаточных фазочастотных характеристик каналов обработки и увеличивается с уменьшением ОСШ.

Для уменьшения ошибок целесообразно осуществлять выравнивание передаточных характеристик каналов и проведение статистической обработки результатов измерений.

Литература

1. Монзинго. Р.А. Адаптивные антенные решетки: введение в теорию / Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. М.: Радио и связь, 1986. - 448с.

2. Павлов. В.А. Адаптивные пространственно-поляризационные методы обработки сигналов и помех в условиях радиоэлектронного конфликта. Монография. Воронеж: ВВВАИУ, 2007. - 244с.

3. Дунец В.П., Серебряков М.А. Устройства СВЧ и антенн. Часть II. Антенны. Учебное пособие. Воронеж: ВАИУ, 2009. - 191с.

4. Павлов, В.А. Способ повышения точности оценивания параметров на основе обработки собственных структур ковариационной матрицы сигналов / Л.Е. Мистров, В.А. Павлов // Электромагнитные волны и электронные устройства. - 2015.

5. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы: Монография. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2002.- 251 с.

References

1. Monzingo R.A., Miller T.U. Introduction to adaptive arrays. Moscow: Radio and Communications, 1986, 448 p.

2. Palov V.А. Adaptive space-polarization methods of signal processing and jamming in the conditions of electronic conflict. Monograph. Voronez: VVVAIU, 2007, 244 p.

3. Dunets V.P. Serebriakov M.A. Microwave devices and antennas. Part II. Antennas. A study guide. Voronez: VAIU, 2009, 191 p.

4. Palov V.А., Mistrov L.E. Methods to improve the accuracy of parameter estimation based on the processing of the proper structures of the covariance matrix of signals. Electromagnetic waves and electronic devices, 2015.

5. Denisov V.P., Dubinin D.V. Phase radio direction finders. Monograph. Tomsk: Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, 2002, 251 p.

Размещено на Allbest.ru