Метод придушення завад в нелінійних приймальних пристроях з адаптивними компенсаторами в наземних радіонавігаційних системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО

"ЦЕНТРАЛЬНИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ НАВІГАЦІЇ І УПРАВЛІННЯ"

АВТОРЕФЕРАТ

МЕТОД ПРИДУШЕННЯ ЗАВАД В НЕЛІНІЙНИХ ПРИЙМАЛЬНИХ ПРИСТРОЯХ З АДАПТИВНИМИ КОМПЕНСАТОРАМИ В НАЗЕМНИХ РАДІОНАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному підприємстві "Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління", Міністерство промислової політики України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Пашков Дмитро Павлович, Національний університет оборони України, докторант.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Ільїн Олег Юрійович, Державне підприємство "Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління", провідний науковий співробітник науково-дослідного комплексного відділу-2;

кандидат технічних наук, доцент Фриз Сергій Петрович, Житомирський військовий інститут ім. С.П. Корольова Національного авіаційного університету, доцент кафедри геоінформаційних і космічних систем.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного підприємства "Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління", за адресою: 04073, м. Київ, вул. Фрунзе, 160/20.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.876.01 С.Д. Ставицький

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Навігаційне забезпечення сучасних рухомих об'єктів базується на радіонавігаційних системах (РНС). Найперспективнішим напрямом для визначення місцезнаходження об'єкта є використання супутникових радіонавігаційних систем (СРНС). Інтенсивний розвиток цифрових технологій у техніці і їх впровадження дозволили за останнє десятиліття поліпшити експлуатаційно-технічні характеристики інформаційних систем і пристроїв, у тому числі радіонавігаційних, та сприяли вирішенню завдань навігації літальних апаратів, морських суден, дослідженню поверхні морських акваторій, розвитку картографії, а також визначенню координат рухомих об'єктів у квазіреальному масштабі часу.

Проголосивши незалежність і суверенітет, Україна вирішує ряд державних завдань, пов'язаних із побудовою перспективного координатно-часового забезпечення, що відображено в Загальнодержавній цільовій науково-технічній космічній програмі України на 2008-2012 роки, де визначено основні напрями розвитку радіонавігаційних систем і комплексів.

Серед розглянутих вітчизняними і зарубіжними фахівцями питань побудови перспективних СРНС, а також шляхів їх удосконалення, найактуальнішим є підвищення завадостійкості наземних приймальних пристроїв (НПП). Радіоприймальні пристрої набули значного розвитку завдяки науковим дослідженням проведених К. Є. Шеноном, В. А. Котельниковим, Я. Д. Ширманом, А. М. Колмогоровим, Л. М. Фінком, Ф. М. Вудвордом, Н. Я. Вінером, В. А. Кедрусом, І. В. Кузьміним, І. М. Тепляковим, В. А. Ігнатовим, Л. С. Гуткиним, М. Т. Петровічем, Г. І. Тузовим, Р. Є. Калманом, Д. Д. Кловським, Р. Л. Стратоновічем, С. Є. Фальковічем, В. А. Чердинцевим, В. В. Шахгільяновим і багатьма іншими.

Необхідно зазначити, що вимоги, які висувають до точності СРНС, значно жорсткіші, ніж аналогічні вимоги до авіаційних або наземних засобів радіонавігації. Це обумовлено особливою складністю функціонування бортових систем космічних апаратів, а також умовами застосування СРНС (значна висота і швидкість польоту космічного апарату, умови поширення радіосигналу тощо).

Аналітичний огляд вимог, які висувають до космічних систем, показав, що на цей час якість функціонування СРНС можна поліпшити в першу чергу на основі підвищення якості прийому радіосигналу в наземних РНС. Проте можливості практичної реалізації високих потенційних характеристик СРНС істотно обмежені рядом внутрішніх і зовнішніх чинників, що впливають на наземні РНС. Цим насамперед і пояснюється помітне відставання наявних показників якості СРНС від їх потенційних можливостей.

Дослідження показали, що однією із найважливіших інтегральних характеристик НПП є динамічний діапазон (ДД), пов'язаний з одного боку з чутливістю тракту, а з іншого - із проявом його нелінійних властивостей. Саме тому під час створення радіоприймальної техніки виникає завдання розширити ДД НПП і привести його у відповідність з ДД вхідних дій в умовах атмосферного впливу. Окрім цього розширення ДД має ще один важливий аспект - технологічний, оскільки знижує вимоги до систем НПП щодо вибірковості. Вирішення завдання розширення ДД дозволяє створити НПП з високою якістю прийому без плавної перебудови преселектора, що спрощує узгодження тракту прийому із системами частотного і програмного управління через застосування синтезаторів частоти і мікропроцесорів і робить можливим досягнення необхідного рівня вибірковості за сторонніми каналами.

Крім цього, відомі способи розширення лінійного динамічного діапазону НПП, до яких належать, у першу чергу, схеми автоматичного регулювання посилення, системи адаптивного регулювання чутливості, а також функціональні підсилювачі з нелінійною амплітудною характеристикою (АХ), не зовсім придатні для підвищення показників якості наземних РНС в умовах завад. Ці способи базуються на нелінійному узгодженні значного динамічного діапазону вхідних дій з досить вузьким динамічним діапазоном вихідних сигналів, тому їх використання супроводжується безповоротними втратами частини інформації в радіосигналі, зниженням дальності дії СРНС і значними амплітудними і фазовими нелінійними спотвореннями радіонавігаційного сигналу. Це спричиняє істотне зниження точнісних показників якості СРНС (точність НПП з нелінійною АХ у ряді випадків на порядок нижча за точності вимірювань СРНС з лінійним НПП), а також до значного погіршення їх завадостійкості.

Таким чином, придушення завад у нелінійних приймальних пристроях з адаптивними компенсаторами у наземних радіонавігаційних системах можна сформулювати як актуальне наукове завдання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з реалізацією Загальнодержавної цільової науково-технічної космічної програми України на 2008-2012 роки. Автор роботи брав участь у виконанні науково-дослідних робіт (шифр “Навігація”, “Впровадження-КНЗ-ЦНДІ НіУ”), розроблення тактико-технічних завдань перспективних антенно-фідерних і приймальних пристроїв РНС, технічних рішень автокомпенсаторів завад, що підтверджено отриманими актами впровадження.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розроблення практичних рекомендацій щодо підвищення якості функціонування наземних нелінійних приймальних пристроїв РНС на основі синтезу адаптивних компенсаторів придушення завад.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовані і вирішені такі наукові завдання:

проведені дослідження можливих напрямів підвищення якості функціонування СРНС в умовах завад;

розвинені теоретичних основи функціонального методу Вольтерра для аналізу складних багатовимірних радіопристроїв високого порядку;

розроблений науково-методичний апарат системного аналізу інтегрального впливу обмеженості динамічного діапазону наземних приймальних пристроїв внаслідок нелінійності його амплітудних характеристик;

досліджені нелінійні процеси у складних багатокаскадних наземних приймальних пристроях РНС із частотнозалежними параметрами в умовах завад;

оцінено застосування розроблених практичних рекомендацій для підвищення якості функціонування перспективних нелінійних приймальних пристроїв наземних РНС в умовах завад та розроблені науково-практичні рекомендації розширення динамічного діапазону приймальних пристроїв наземних РНС.

Об'єкт дослідження - процес адаптивної компенсації нелінійних спотворень радіосигналу.

Предмет дослідження - метод, моделі та засоби придушення завад у нелінійних приймальних пристроях наземних радіонавігаційних систем.

Методи дослідження. Теоретичною базою для вирішення сформульованого наукового завдання стали теорія завадостійкості і статистичної радіотехніки, а також методи виявлення й адаптивної обробки сигналів в нелінійних приймальних пристроях. Під час вирішення часткових завдань дослідження нелінійних процесів у радіотехнічних пристроях було використано функціональний метод рядів Вольтерра, а також теорію ймовірностей. Отримані експериментальні результати були оцінені за допомогою методів математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

набув подальшого розвитку метод визначення нелінійних особливостей передавальних функцій у багатовимірних радіоприймальних пристроях на основі використання “нелінійних вхідних сигналів”, що дозволяє обґрунтувати вимоги до параметрів наземних приймальних пристроїв і їх каскадів в умовах завад;

вперше отримано аналітичні вирази щодо перехресних та інтермодуляційних спотворень узгодження динамічних діапазонів у багатокаскадних приймальних пристроях в умовах завад, що дозволяє точніше проводити системний аналіз урахування впливу нелінійних процесів на прийом радіосигналу в наземних радіонавігаційних системах;

вперше отримано функціональні залежності показників якості наземних РНС від ширини лінійного динамічного діапазону приймальних пристроїв в умовах перешкод, що дозволяє оцінювати якість функціонування наземних радіонавігаційних систем.

Практичне значення одержаних результатів:

розроблені технічні рішення для великої кількості приймальних пристроїв із використанням адаптивних компенсаторів завад, які забезпечують урахування нелінійних спотворень радіосигналу;

удосконалено алгоритми роботи складних багатовимірних РНС знаходження ядер Вольтерра високого порядку та обернених нелінійних аналітичних операторів;

розроблено методику системного аналізу урахування нелінійних процесів у складних багатокаскадних приймальних пристроях РНС в умовах завад.

Достовірність результатів дисертації підтверджена їх несуперечністю відомим положенням теорії статистичних рішень, нелінійних радіопристроїв, збіжністю отриманих даних з відомими та результатами експериментальної перевірки.

Реалізація результатів досліджень. Основні результати досліджень реалізовані:

у Центральному науково-дослідному інституті навігації і управління;

у Центрі контролю космічного простору.

Особистий внесок здобувача.

Основні положення дисертаційної роботи відображені в 7 опублікованих статтях у збірниках наукових праць, які входять до переліку видань, дозволених ВАК України для публікацій отриманих результатів досліджень з технічних наук та у 2 декларативних патентах на винахід. Особистий внесок автора у спільних роботах полягає в такому: в [1] проведено аналіз технічних вимог, які висувають до користувачів СРНС, і показані напрями розвитку РНС космічного базування; у [2] розроблено рекомендації для розрахунку нелінійних передавальних функцій у багатокаскадних радіоприймальних пристроях; у [3] проаналізовано необхідність використання супутникових радіонавігаційних систем; у [4] отримано аналітичні залежності узгодження динамічних діапазонів у нелінійних радіоприймальних пристроях; у [5] проведено оцінювання якості функціонування існуючих радіосистем залежно від ширини лінійного динамічного діапазону приймальних пристроїв в умовах завад; у [6] показана необхідність удосконалення радіонавігаційних систем в Україні; у [7] обґрунтована необхідність інтегрування космічних і наземних радіонавігаційних систем; у [8], [9] проведене оцінювання якості функціонування бортових систем космічного апарата.

Апробація результатів дисертації.

Отримані результати досліджень дисертаційної роботи доповідалися на: ІV Міжнародній науковій конференції “Інтелектуальні системи прийняття рішень і проблеми обчислювального інтелекту” (Євпаторія: Херсонський морський інститут. 19-23 травня 2008 р.); ІХ Міжнародній науково-технічній конференції “Проблемы информатики и моделирования” (Харків: ХУПС.
26-28 листопада 2009 р.); науково-технічній конференції “Новітні технології для захисту повітряного простору” (Харків: ХУПС. 14 квітня 2010 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційні технології в навігації та управлінні: Стан та перспективи розвитку” (Київ: ЦНДІ НіУ.
7 липня 2010 р.); науково-технічній конференції “Сучасні напрями розвитку інформаційно-комунікаційних технологій та засобів управління” (Харків-Київ: ХНДІ ТМ, ЦНДІ НіУ. 13-14 грудня 2010 р.).

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані у 7 статтях в науково-технічних збірниках і журналах, використані у 5 виступах на наукових конференціях, опублікованих у тезах доповідей. Матеріали роботи були використані у 2 звітах науково-дослідних робіт. За матеріалами досліджень, проведених під час виконання роботи, отримано 2 декларативних патенти на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з переліку умовних скорочень, вступу, трьох розділів, висновків і додатків. Загальний обсяг дисертації становить 156 сторінок, з них 49 рисунки (27 рисунків на 15 окремих сторінках), 8 таблиць (1 таблиця на 1 окремій сторінці), 2 додатки на 2 сторінках, список використаних джерел на 11 сторінках (125 найменувань).

Основний зміст роботи

У вступі на основі проведених досліджень і порівняльного аналізу відомих публікацій обґрунтовується актуальність обраної теми і ставиться наукове завдання, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Визначається предмет і об'єкт дослідження, формулюється мета і ставляться часткові наукові завдання дослідження, визначаються методи їх розв'язання. Наводиться наукова новизна, практична значущість отриманих результатів та відомості про публікації й апробації результатів дослідження.

Перший розділ присвячений дослідженню можливих напрямів підвищення якості функціонування наземних приймальних пристроїв СРНС в умовах завад. Проведений аналіз можливих шляхів і напрямів підвищення якості функціонування наземних приймальних пристроїв з урахуванням їх основних особливостей і реальних умов застосування супутникових систем. У відомих роботах, присвячених дослідженню впливу нелінійності амплітудних характеристик НПП на якість функціонування РНС, розкрито фізичну суть впливу нелінійних процесів на якість їх функціонування. Так, показано, що нелінійність АХ НПП призводить до істотних амплітудних спотворень сигналу на його виході, що може бути описані виразом

, (1)

де _н - амплітудні нелінійні спотворення;

U_вх - амплітуда вхідного сигналу;

G(U_вх) - нелінійна АХ РПП;

Ф₁[] - функціональна залежність, що описує амплітудні нелінійні спотворення.

Окрім амплітудних спотворень, на прийом сигналів також впливає фазовий шум, який описують такою формулою

, (2)

де _н - фазові (амплітудно-фазові) нелінійні спотворення;

Ф₂[] - функціональна залежність, описова автокореляційна функція (АФК).

Фазові шуми, а також амплітудні спотворення радіосигналів у НПП спричиняють появу істотних координатних змін під час визначення місцезнаходження об'єкта. При цьому вирази (1) і (2) не придатні для створення єдиної методологічної основи проектування РНС стосовно заданих зовнішніх умов функціонування навігаційних комплексів.

На основі проведеного аналізу літератури був зроблений висновок про необхідність підвищення якості функціонування наземних РНС на основі розширення динамічного діапазону приймальних пристроїв. Саме тому у роботі розглянуті відомі схемні рішення побудови НПП з широким динамічним діапазоном для підвищення якості функціонування РНС в умовах завад, проте для обчислення нелінійних спотворень вони практично не придатні. Це пов'язано з тим, що існуючі технічні рішення дозволяють знижувати рівень лише другої і третьої гармонік, мають досить низьку точність придушення нелінійних спотворень і малу швидкодію, оскільки управляються вихідним сигналом радіопристроїв, тому найпростішим і прийнятним є застосування компенсуючого фільтра. Окрім цього, застосування схем компенсації не знижує надійності радіосистем, оскільки вихід із ладу компенсуючого фільтра не спричиняє відмови. У роботі показано, що схеми компенсації, керовані безпосередньо вхідним сигналом, за інших рівних умов мають максимальну швидкодію і найвищу точність придушення нелінійних спотворень. Враховуючи сучасні вимоги до надійності, швидкодії і точнісних характеристик РНС, основну увагу доцільно приділити розробленню методу адаптивної компенсації нелінійних спотворень, що актуально під час досліджень нелінійних процесів у НПП на різних рівнях їх деталізації та аналізу впливу нелінійності характеристик приймальних пристроїв на показники якості РНС в умовах перешкод. Це необхідно передусім для визначення науково-обгрунтованих вимог до ширини лінійного динамічного діапазону як НПП в цілому, так і окремих його каскадів. При цьому особливого значення набуває урахування топологічних властивостей НПП і можливість наочного показу механізму утворення у них нелінійних спотворень. Це дозволить швидко і правильно знаходити оптимальні варіанти побудови адаптивних схем придушення нелінійних спотворень у наземних РНС, тому необхідно вибрати із сучасних теоретичних методів аналізу нелінійних РНС метод, найбільшою мірою придатний для вирішення завдань з удосконалення РНС шляхом синтезу адаптивних способів розширення лінійного динамічного діапазону їх НПП.

Аналіз літератури показав, що переважним для урахування нелінійних спотворень є функціональний метод дослідження нелінійних РНС, тому був вибраний функціональний метод Вольтерра, який найбільшою мірою придатний для вирішення поставлених завдань з удосконалення РНС шляхом синтезу адаптивних способів розширення лінійного динамічного діапазону їх НПП. Проте цей метод потребує удосконалення через досить трудомісткі обчислення, що викликає необхідність його удосконалення.

Результати проведених досліджень, відображених у розділі, дозволили аргументовано обґрунтувати поставлення загального та часткових завдань, визначити мету роботи та основні напрямки досліджень.

У другому розділі проведено урахування впливу нелінійних процесів у багатокаскадних НПП на якість функціонування радіонавігаційних систем. Для цього був розроблений метод визначення нелінійних передавальних функцій (НПФ) багатовимірних радіопристроїв (РП) на основі використання “нелінійних вхідних сигналів”.

У роботі “нелінійні вхідні сигнали” для багатовимірних РП описано диференціальним рівнянням такого вигляду

, (3)

де х_i - i-ий вхідний сигнал, причому точки прикладання вхідних сигналів найчастіше не збігаються.

Розклавши y у подвійний ряд Вольтерра , підставимо у (3). Порівнюючи члени, що містять х₍₁₎ (х₍₂₎) однаковою мірою, отримуємо вирази для “нелінійних вхідних сигналів” другого і третього порядків. Використовуючи аналогічні міркування для загального випадку К вхідних сигналів, після перетворень отримуємо аналітичні вирази для “нелінійних вхідних сигналів”. нелінійний пристрій радіонавігаційний компенсатор

Визначено “нелінійні вхідні сигнали” для класу одновимірних РП, які описано диференціальним рівнянням такого вигляду

. (4)

Розклавши y у ряд Вольтерра , підставимо у (4). Порівнюючи члени, що містять х однаковою мірою, у роботі отримуємо вирази для “нелінійних вхідних сигналів” другого і третього порядків.

З отриманих виразів виходить, що нелінійні елементи за виглядом сигналу на вході можуть бути розділені на два класи:

1-ий клас - впливає сигнал Z_y, що є в загальному випадку довільним нелінійним перетворенням від суміші сигналів х і y. При цьому для елементів 1-го класу вираз для “нелінійних вхідних сигналів” має такой вигляд

, (5)

де С_m - коефіцієнт m-го порядку розкладання характеристики нелінійного елемента 1-го класу у ряд Вольтерра.

2-ий клас - на вхід нелінійних елементів надходить сигнал Z_x, що є в загальному випадку довільним лінійним перетворенням сигналу х. “Нелінійні вхідні сигнали” від елементів 2-го класу визначають таким чином

, (6)

де b_n - коефіцієнт n-го порядку розкладання характеристики нелінійного елемента 2-го класу у ряд Вольтерра.

У роботі отримані рекурентні вирази для “нелінійних вхідних сигналів” широкого класу багатовимірних нелінійних РП. При цьому метод “нелінійних вхідних” дозволяє досліджувати РП, описувані досить складними нелінійними операторними рівняннями загального вигляду. Оскільки обернені нелінійні аналітичні оператори характеризуються рівняннями такого типу, вважаємо за доцільне використовувати метод “нелінійних вхідних сигналів” для визначення його ядер Вольтерра РПП, тому набув подальшого розвитку алгоритм визначення ядер Вольтерра оберненого нелінійного аналітичного оператора Г{Y} із застосуванням методу “нелінійних вхідних сигналів”

. (7)

Оскільки для оператора Г{Y} “вхідною” дією є сигнал Y, а “вихідною” - сигнал X, то

. (8)

Відповідно до методу “нелінійних вхідних сигналів” із формули (8) можна отримати такий вираз для ядер Вольтерра оберненого нелінійного оператора

, (9)

де - “нелінійний вхідний сигнал” 1-го класу.

При цьому ядра Вольтерра оберненого нелінійного оператора, отримані за допомогою (8), повністю збігаються з відомими результатами, проте їх визначено значно простішим і коротшим шляхом.

Таким чином, синтез методу “нелінійних вхідних сигналів” дозволяє істотно розширити сферу практичного застосування функціонального методу і підвищити його можливості для проведення конструктивних досліджень. У то же час за допомогою методу “нелінійних вхідних сигналів”, не можлива наочність подання досліджуваних РП. Крім того, застосування цього методу супроводжується досить складними матричними викладеннями. Саме тому був розроблений новий метод знаходження НПФ з використанням методу структурних матриць систем (СМС). Пропонований метод зручний для аналізу складних РНС високого порядку, застосовний для детального дослідження багатокаскадних НПП з урахуванням частотнозалежності параметрів каскадів. Для поліпшення якості прийому радіосигналів у приймачах в роботі проведені дослідження складних багатокаскадних НПП із частотнозалежними і різними нелінійними АХ їх каскадів із подальшим оцінюванням їх якості для знаходження оптимальних умов узгодження НПП РНС із вхідними діями. Таким чином, знайдена міра розширення динамічного діапазону НПП для якісного прийому сигналів в умовах завад

, (10)

. (11)

Це дозволяє підвищити якість прийому радіосигналу у НПП РНС.

Окрім цього, в роботі визначені впливи обмеженості динамічного діапазону НПП внаслідок нелінійності його АХ на показники якості РНС, а також проведена оцінка залежності якості функціонування від ширини лінійного динамічного діапазону типового НПП РНС.

У третьому розділі запропоновані науково-практичні рекомендації із підвищення якості прийому в наземних приймальних пристроях радіосигналів від супутникових радіонавігаційних систем в умовах завад на основі синтезу нелінійних адаптивних компенсаторів для розширення лінійного динамічного діапазону НПП.

У роботі синтезовано адаптивний алгоритм компенсації нелінійних спотворень у РП. Для цього, була використана теорія адаптивних систем для формалізації завдання адаптивної компенсації нелінійних спотворень (АКНС) на основі квазіоптимального алгоритму. З цією метою вихідний сигнал адаптивного пристрою (нелінійну систему з нестаціонарними в часі параметрами) наведено у вигляді усіченого першими m членами параметричного ряду Вольтерра

, (12)

де W_k() - параметрична НПФ k-го порядку (передавальна функція k-го адаптивного фільтра).

На виході АКНС утворюється сигнал похибки (), який у припущенні про відносну малість шумів N() рівний

. (13)

Нині одним із найефективнішим з практичної точки зору в теорії адаптивних систем є метод мінімуму середнього квадрата помилки (МСКП). Цей метод можна трактувати як окремий випадок градієнтного методу найшвидшого спуску під час оцінювання градієнта середнього квадрата помилки за його миттєвим значенням. Можна вважати, що вказана оцінка є спроможною і незміщеною, а також істотно спрощує апаратурну реалізацію синтезованого адаптивного пристрою. Враховуючи, що всі величини у (13) є комплексними, у разі регулювання передавальної функції k-гo (k=1,2,...,m) активного фільтру у комплексній диференціальній формі запис матиме вигляд

, (14)

де знак -комплексно зв'язана величина;

- позитивна постійна (коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку), що визначає стійкість і швидкість перебудови АКНС;

_k - коефіцієнт пропорційності, що дорівнює одиниці.

Узагальнюючи отриманий вище алгоритм на випадок багатовимірних пристроїв, можна описати загальні функціональні схеми багатовимірної АКНС і її формувача опорних сигналів. При цьому структуру багатовимірної АКНС і її формувача опорних сигналів однозначно визначають за розробленим методом “нелінійних вхідних сигналів” із модифікованого методу СМС.

Аналогічно можна знайти дискретний варіант квазіоптимального методу МСКП побудови АКНС, комплексна форма запису якого має такий вигляд

, (15)

де j - дискретний час;

z_i - (i=1,2,...) - аргументи багатовимірного z-перетворення.

У роботі визначена похибка компенсації АКНС. При цьому запропоновані синтезовані АКНС можуть бути застосовані для удосконалення якісних характеристик широкого класу РНС, зокрема для поліпшення характеристик НПП, підвищення стійкості АХ та оптимізації РНС за критеріями не лінійності (рис.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

У результаті проведеного синтезу отримано принципове підтвердження можливості адаптивного розв'язання завдання компенсації спотворень у РП.

Для дослідження фізично реалізовуваних і реальних можливостей АКНС, а також для розроблення їх проектування з метою розширення лінійного динамічного діапазону НПП, проаналізовано якісні характеристики АКНС, побудованих на основі реальних елементів, що шумлять з неідеальними в загальному випадку параметрами. Враховуючи існуючі модифікації схемотехнік АКНС, у роботі запропоновані варіанти автокомпенсаторів перешкод залежно від умов функціонування НПП на основі результатів, отриманих в другому розділі, мажоритарних вимог до динамічного діапазону кожного каскаду НПП РНС

(16)

де n - кількість каскадів НПП.

Враховуючи особливості прийому радіонавігаційних сигналів та умов функціонування наземних приймачів, були розроблені практичні рекомендації на основі обґрунтування і застосування адаптивних способів розширення лінійного динамічного діапазону НПП. Для досягнення поставленої мети синтезовано адаптивний метод придушення нелінійних спотворень у РП із використанням адаптивних компенсаторів нелінійних спотворень у лінійних НПП. У роботі запропонована структурна схема удосконаленого НПП РНС (рис 2).

Рис.1. Структурная схема наземного приймального пристрою РНС, де ТРЧ - радіочастотний тракт; ТПЧ - тракт проміжної частоти; ТНЧ - тракт низької частоти; ФОС - формувач опорних сигналів; АФ - адаптивний фільтр.

Для перевірки достовірності теоретичних висновків і практичної реалізації АКНС щодо їх якісних характеристик проведені експериментальні дослідження. На основі отриманих експериментальних даних у роботі запропоновані практичні рекомендації із розширення лінійного динамічного діапазону НПП для підвищення показників якості прийому радіонавігаційних сигналів в умовах завад. Із урахуванням технічних особливостей побудови наземних РНС і найвірогідніших умов їх застосування, а також основних якісних характеристик були визначені технічні вимоги до АКНС, а також досліджена відома радіоелементна база і визначені можливості апаратурної реалізації АКНС. У роботі оцінено вплив кількісної переваги на показник якості наземних приймальних пристроїв. Впровадження розроблених рекомендацій дозволяє підвищити значення відносного імовірнісного показника якості прийому в умовах перешкод до 0,99. Отже, очікувана перевага за рахунок застосування запропонованих рекомендацій складає від 0,06ч0,26 (при Р₁= 0) до 0,61ч0,69 (при Р₁=1). Таким чином, практичне застосування синтезованих АКНС відповідно до розроблених рекомендацій дозволяє істотно підвищити показники якості наземних РНС у реальних умовах застосування порівняна з відомими.

У роботі наведено результати експериментальної перевірки реальних можливостей розширення лінійного динамічного діапазону НПП РНС за допомогою АКНС. Таким чином, запропоновані практичні рекомендації дозволяють доповнити відомі методи і способи підвищення якості функціонування РНС.

У додатку наведені акти впровадження.

Загальні висновки

Аналіз застосування СРНС показав, що поліпшення тактико-технічних характеристик месцевизначення об'єкта залежить від НПП, і зокрема від урахування впливу нелінійних спотворень під час проходження радіонавігаційного сигналу приймальним трактом РНС. Враховуючи особливості поширення радіосигналів в атмосфері, впливи зовнішніх і внутрішніх завад, виникає необхідність підвищення якості функціонування НПП РНС. У ході досліджень, проведених під час виконання дисертаційної роботи, вирішено актуальне наукове завдання, пов'язане із придушенням завад у нелінійних приймальних пристроях з адаптивними компенсаторами у наземних радіонавігаційних системах. При цьому отримано ряд нових наукових і практичних результатів, основними з яких є такі:

набув подальшого розвитоку метод визначення нелінійних особливостей передавальних функцій у багатовимірних радіоприймальних пристроях на основі використання “нелінійних вхідних сигналів”, що дозволяє обґрунтувати вимоги до параметрів наземних приймальних пристроїв і їх каскадів в умовах завад;

вперше отримані аналітичні вирази щодо перехресних та інтермодуляційних спотворень узгодження динамічних діапазонів у багатокаскадних приймальних пристроях в умовах завад, що дозволяє точніше проводити системний аналіз під час урахування впливу нелінійних процесів на прийом радіосигналу в наземних радіонавігаційних системах;

вперше отримані функціональні залежності показників якості наземних РНС від ширини лінійного динамічного діапазону приймальних пристроїв в умовах завад, що дозволяє оцінювати якісті функціонування наземних радіонавігаційних систем;

розроблені технічні рішення для великої кількості приймальних пристроїв із використанням адаптивних компенсаторів завад, які забезпечують урахування нелінійних спотворень радіосигналу;

удосконалені алгоритми складних багатовимірних РНС знаходження ядер Вольтерра високого порядку та обернених нелінійних аналітичних операторів;

розроблена методика системного аналізу урахування нелінійних процесів у складних багатокаскадних приймальних пристроях радіонавігаційних систем в умовах завад.

Достовірність наукових і практичних результатів підтверджена збігом отриманих результатів із відомими та перевіркою експериментальних досліджень. Основні наукові і практичні результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджені.

Матеріали роботи були використані у 2 звітах науково-дослідних робіт. Основні положення опубліковані у 7 статтях в збірниках наукових праць та наукових журналах та 2 декларативних патентах на винахід. Результати апробовані на 5 наукових конференціях, що підтверджено опублікованими тезами доповідей.

Результати дисертаційних досліджень можуть бути використані під час проектування і розроблення приймальних пристроїв радіонавігаційних систем і комплексів, а також вивчення нелінійних ланцюгів і систем у дисциплінах “Статистична радіотехніка”, “Статистична теорія зв'язку”, в розділах “Радіоприймальні пристрої”.

Спісок опублікованих праць за темою дисертації

1. Козелков С.В. Напрямки розвитку радіонавігаційного забезпечення України / С.В. Козелков, С.М. Кучерук // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Х.: ХУПС. - 2009. - Вип. 3 (21). - С. 86-90. Автор провів аналіз технічних вимог, які висувають до користувачів СРНС, і показані напрями розвитку РНС космічного базування.

2. Козелков С.В. Метод определения нелинейных передаточных функций для радиоприемных устройств на основе использования "нелинейных входных сигналов" / С.В. Козелков, С.М. Кучерук // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Х.: ХУПС. - 2009. - Вип. 4 (22). - С. 35-37.

3. Козелков С.В. Проблеми розвитку радіонавігаційного забезпечення України / С.В. Козелков, С.М. Кучерук, Б.А. Костенко [та ін.] // Системи озброєння і військова техніка. - 2009. - Вип. 4 (20). - С. 120-124. Дисертантом проаналізовано необхідність використання супутникових радіонавігаційних систем.

4. Козелков С.В. Анализ многокаскадных радиоприемных устройств с учетом частотной зависимости нелинейных амплитудных характеристик / С.В. Козелков, С.М. Кучерук // Системи управління, навігації та зв'язку. - К.: ЦНДІНУ. - 2009. - Вип. 4 (12). - С. 35-38. Автором отримано аналітичні залежності узгодження динамічних діапазонів у нелінійних радіоприймальних пристроях.

5. Козелков С.В. Пути повышения качества функционирования бортовых РЛС дистанционного зондирования Земли / С.В. Козелков, С.М. Кучерук // Системи управління, навігації та зв'язку. - К.: ЦНДІНУ. - 2009. - Вип. 3 (11). - С. 2-7. Здобувачем проведено оцінювання якості функціонування існуючих радіосистем залежно від ширини лінійного динамічного діапазону приймальних пристроїв в умовах завад.

6. Толубко В.Б. Концепція створення єдиної системи навігаційно-часового забезпечення України / В.Б. Толубко, С.В. Козелков, С.М. Кучерук [та ін.] // Сис-теми управління, навігації та зв'язку. - К.: ЦНДІНУ. - 2010. - Вип. 1 (13). - С. 2-6. Автором показана необхідність удосконалення радіонавігаційних систем в Україні.

7. Козелков С.В. Интегрированные навигационные технологии для управления объектами водного транспотра на внутренних путях Украины / Козелков С.В., Баранов Г.Л., Тихонов И.В., Кучерук С.М. // Новости навигации. - 2010. - Вип. 2. - С.25-29. Дисертантом обґрунтована необхідність інтегрування космічних і наземних радіонавігаційних систем.

8. Пат. 51673 Україна, МПК В 64 G 1/24. Спосіб визначення орієнтації космічного апарата / Загорулько О.М., Козелкова К.С., Костенко Б.О., Ян Ке, Кучерук С.М. - № u201001242; заявлено 08.02.2010; опубл. 26.07.2010, Бюл. №14. Здобувачем проведене оцінювання якості функціонування бортових систем космічного апарата.

9. Пат. 51710 Україна, МПК В 64 G 1/24. Спосіб орієнтації сонячних батарей космічного апарата на сонце / Загорулько О.М., Козелкова К.С., Костенко Б.О., Ян Ке, Кучерук С.М. - № u201001792; заявлено 19.02.2010; опубл. 26.07.2010, Бюл. №14. Здобувачем проведене оцінювання якості функціонування бортових систем космічного апарата.

10. Козелков С.В. Анализ направлений расширения динамического диапазона радиоприемных устройств / С.В. Козелков, С.М. Кучерук // Труды девятой между-народной научно-технической конференции “Проблемы информатики и моде-лирования” (26-28 ноября 2009 г.). - Харьков: НАНУ, НТУ «ХПИ». - 2009. - С. 60.

11. Кучерук С.М. Расширение динамического диапазона радиоприемных устройств радиотехнических систем в условиях помех / С.М. Кучерук // Труди першої науково-технічної конференції “Сучасні напрями розвитку інформаційно-комунікаційних технологій та засобів управління” (13-14 грудня 2010 г.). - Харків-Київ: ХНДІ ТМ, ЦНДІ НіУ. - 2010. - С. 26.

Анотація

Кучерук С. М. Метод придушення завад в нелінійних приймальних пристроях з адаптивними компенсаторами в наземних радіонавігаційних системах. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 - навігація та управління рухом. Державне підприємство "Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління". Київ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального наукового завдання придушення завад в нелінійних приймальних пристроях в наземних радіонавігаційних системах шляхом створення та використання адаптивних компенсаторів.

В роботі отримані наступні наукові результати досліджень:

отримав подальший розвиток метод визначення нелінійних особливостей передаточних функцій в багатовимірних радіоприймальних пристроях на основі використання “нелінійних вхідних сигналів”;

вперше отримані аналітичні вирази по перехресних і інтермодуляційних спотворень узгодження динамічних діапазонів у багатокаскадних приймальних пристроях в умовах завад;

вперше отримані функціональні залежності показників якості наземних радіонавігаційних систем від ширини лінійного динамічного діапазону приймальних пристроїв в умовах завад.

Аннотация

Кучерук С. М. Метод подавления помех в нелинейных приемных устройствах с адаптивными компенсаторами в наземных радионавигационных системах. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.13 - навигация и управление движением. Государственное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт навигации и управления". Киев, 2011.

На основе проведенного анализа особенностей построения и применения спутниковых радионавигационных систем в диссертационной работе решается актуальная научная задача связанная с подавлением помех в нелинейных приемных устройствах в наземных радионавигационных системах путем создания и использования адаптивных компенсаторов.

В работе получен ряд новых научных и практических результатов, основными из которых являются

получил дальнейшее развитие метод определения нелинейных передаточных функций в многомерных радиоприемных устройствах на основе использования "нелинейных входных сигналов", что позволяет обосновать требования к параметрам наземных приемных устройств и его каскадов в условиях помех;

впервые получены аналитические выражения согласования динамических диапазонов в многокаскадных приемных устройствах по перекрестным и интермодуляционным искажениям в условиях помех, что позволяет облегчить проведение системного анализа учета влияния нелинейных процессов на прием радиосигнала в наземных радионавигационных системах;

впервые получены функциональные зависимости показателей качества наземных радионавигационных систем от ширины линейного динамического диапазона приемных устройств в условиях помех, что позволяет проводить оценку качества функционирования наземных радионавигационных систем;

впервые разработаны технические решения приемных устройств с применением адаптивных компенсаторов помех на основе учета нелинейных искажений радиосигнала;

получили дальнейшее развитие алгоритмы нахождения ядер Вольтерра сложных многомерных радионавигационных систем высокого порядка и обращенных нелинейных аналитических операторов;

методика системного анализа учета влияния нелинейных процессов в сложных многокаскадных приемных устройствах наземных радионавигационных систем в условиях помех.

Достоверность научных и практических результатов подтверждается экспериментальными исследованиями. Результаты диссертационных исследований могут быть использованы при проектировании и разработки приемных устройств радионавигационных систем и комплексов.

Annotation

Kucheruk S. M. The method of suppressing noise in nonlinear devices with adaptive receiving compensators in terrestrial radio navigation systems. Manuscript.

Thesis for Ph.D. degree in the specialty 05.22.13 - navigation and traffic control. State Enterprise "Central Research Institute of Navigation and Control." Kyiv, 2011.

Thesis is devoted to current scientific task in nonlinear noise suppression devices for receiving terrestrial radio navigation systems by creating and using adaptive equalizers.

We obtain the following scientific research results

further developed method of nonlinear features in the transmission functions of multidimensional radio receivers devices through the use of "non-linear input signals;

the analytical expressions for the first time on cross Intermodulation Disdistortions and coordination in the dynamic range of many-receiving equipment in interference;

first obtained the functional dependence of quality terrestrial radio navigation systems on the width of the linear dynamic range of receiving equipment under obstacles.

Размещено на Allbest.ru

...