Стійка побудова цифрових радіозображень при неявній дискретизації спостережень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стійка побудова цифрових радіозображень при неявній дискретизації спостережень

Участь України в космічних програмах, активна робота зі створення нових типів літальних апаратів і оснащенню їх сучасною вимірювальною й навігаційною радіоапаратурою, а також фундаментальні та практичні проблеми дистанційного зондування й інтерпретації спостережень у радіодіапазоні, обумовлюють необхідність розробки нових і модернізації існуючих радіотехнічних систем побудови зображень об'єктів різної фізичної природи.

Радіозображення знаходять широке застосування при вирішенні задач картографування, радіонавігації по картах місцевості районів навігаційної корекції в кореляційно-екстремальних системах навігації, аналізі геометричних і електрофізичних характеристик земної поверхні для прогнозування врожайності, визначення характеристик ґрунтів, контролю стану лісів, екологічного моніторингу й інших задач інтерпретації спостережень.

Більшість засобів побудови цифрових радіозображень засновано на стратегії явної дискретизації при переході від аналогового до цифрового подання спостережень узяття відліків у задані моменти часу або місця розташування. Як показують роботи в області обробки багатовимірних сигналів, стратегія явної дискретизації не є єдино можливою й оптимальною при реалізації процедур відновлення, аналізу, фільтрації й інтерпретації одержуваних цифрових зображень.

На якість формованих цифрових зображень істотний вплив має стратегія дискретизації й вибір математичної моделі одновимірних і двовимірних сигналів у різних інформаційно-вимірювальних системах.

З урахуванням зростаючого об'єму даних, які отримуються за допомогою вимірювальних радіосистем, і безперервного зростання вимог до ефективності їхнього використання в перспективних системах побудови радіолокаційних зображень, актуальною стає задача вибору стратегії дискретизації спостережень при переході від аналогового до цифрового їхнього подання, з мінімальною втратою інформації про об'єкт у його цифровому радіозображенні, а також розробка стійких методів і алгоритмів його побудови, що відповідають обраній стратегії дискретизації.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких представлені в даній дисертаційній роботі, проводилися у рамках наукових напрямків кафедри “Радіотехнічні системи (навігації та посадки)” Харківського університету Повітряних Сил України та знайшли відображення у звітах про науково-дослідні роботи: “Шляхи підвищення завадозахищеності та методи захисту авіаційних радіотехнічних систем у складній сигнально-завадовій обстановці”(“Система” № ДР 0101U000493), “Підвищення розвідзахищеності інформаційних радіотехнічних систем”("Міраж" № ДР 0101U000387).

Мета дослідження - оптимізація стратегії дискретизації спостережень зі стійкою побудовою цифрових радіозображень радіотехнічними системами.

Відповідно до поставленої мети в дисертаційній роботі були сформульовані й вирішувалися наступні основні задачі:

- аналіз стратегій дискретизації спостережень при цифровій обробці багатовимірних сигналів. Обґрунтування доцільності переходу від явної дискретизації спостереження двовимірного сигналу, до неявної дискретизації;

- параметризація спектра двовимірного сигналу елементами нульових різноманіть і формування квазіоптимальної оцінки амплітудно-фазового образа просторово-розподіленого об'єкта (цифрового радіозображення), що реалізує узгоджену обробку;

- регуляризація уточнення квазіоптимальної оцінки образа просторово- розподіленого об'єкта;

- пошук нетрадиційних підходів до стійкого уточнення квазіоптимальної оцінки образу об'єкта до похибок завдання елементів нульових різноманіть;

- аналіз якості цифрового радіозображення, побудованого з використанням елементів нульових різноманіть, заданих з похибками;

- аналіз похибок визначення елементів нульових різноманіть спектра двовимірного сигналу й умов їхньої мінімізації.

Об'єкт досліджень - цифрова обробка сигналів у радіотехнічних системах.

Предмет досліджень - дискретизація спостережень при побудові цифрових зображень радіотехнічними системами.

Дослідження проводилися з використанням методів теорії функцій комплексного змінного, статистичної теорії вимірювальних радіосистем, теорії зворотних задач математичної фізики, а також методів обчислювальної математики й чисельного моделювання на ЦЕОМ.

Наукова новизна одержаних у дисертаційній роботі результатів:

- дістала подальшого розвитку дискретизація спостережень при реалізації цифрової обробки двовимірних сигналів, яка полягає в переході від рівномірної дискретизації за Котельниковим, до неявної дискретизації на підставі мультиплікативного представлення цілих функцій експоненціального типу, з метою збільшення інформативності даних, що беруть участь у формуванні радіозображення і наступному його уточненні;

- вперше обґрунтовано оптимальність стратегії неявної параметризації спектра двовимірного сигналу елементами нульових різноманіть, за критерієм максимуму інформації;

- вперше отримано оцінку цифрового радіозображення з набору елементів нульових різноманіть спектра двовимірного сигналу, що реалізує узгоджену обробку;

- удосконалено вирішення задачі уточнення цифрового радіозображення об'єкта з різним ступенем стійкості до точності представлення елементів нульових різноманіть;

- вперше запропоновано та реалізовано метод хаотичного перемішування для гарантовано стійкого уточнення цифрового радіозображення об'єкта у випадках, коли більшість традиційних методів регуляризації некоректних задач залишаються недостатньо ефективними. Метод дозволяє перебороти головний недолік неявної дискретизації при цифровій обробці просторово-часових сигналів, що полягає в надзвичайно високій чутливості уточнення радіозображення до точності завдання елементів нульових різноманіть;

- дістало подальший розвиток вирішення задачі синтезу вагової функції в опорному сигналі системи обробки радіолокаційних систем з синтезуванням апертури, за критерієм мінімізації максимального бічного пелюстка синтезованої діаграми спрямованості, з використанням могутньої стратегії багатопараметричної оптимізації, що використовує генетичний алгоритм.

Практичне значення одержаних результатів:

- дані рекомендації з вибору найбільш інформативних ознак сигналу, що спостерігається, при побудові радіозображень, оптимального плану вимірів інформаційних ознак сигналу, що спостерігаються, при цьому відліки спостереження необхідно проводити в найбільшій близькості до значень дійсних компонентів елементів нульових різноманіть (координатах локальних мінімумів). Обрані в такий спосіб відліки несуть максимум інформації про оцінювані параметри;

- для стійкого уточнення цифрових радіозображень об'єкта надані пропозиції на вибір одного з розроблених алгоритмів, у залежності від вимог до якості відновлення й точності завдання елементів нульових різноманіть;

- при використанні стратегії неявної дискретизації застосування методу хаотичного перемішування поряд з можливістю стійкого рішення зворотних задач побудови радіозображень, має практичну цінність для кодування й збереження зображень у цифровому форматі.

Отримані результати дозволяють більш повно використовувати потенційні можливості радіотехнічних систем побудови цифрових радіозображень при реалізації процедур їхнього аналізу, фільтрації й інтерпретації.

Результати дисертаційної роботи були впроваджені в тематичних науково-дослідних роботах кафедри проектування радіоелектронних систем літальних апаратів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут”.

Особистий внесок здобувача. У роботі [1] здобувачем самостійно сформульовано критерій оптимізації координат знімання даних при реалізації задачі синтезу апертури та реалізовано генетичний алгоритм її рішення. У роботі [2], для реалізації методу неявної дискретизації й стійкого відновлення двовимірного сигналу за ознаками його двовимірного спектра, здобувачем запропоновано використовувати теорему Вієта для переходу від елементів нульових різноманіть до коефіцієнтів полінома й наступному порядковому його відновленні. У роботі [3] ним отримано подання узгодженої обробки траєкторного сигналу з використанням кінцевого числа елементів нульових різноманіть. Здобувачем у роботі [4] запропоновано і реалізовано метод хаотичного перемішування для стійкої побудови зображень у цифрових радіолокаційних системах із синтезуванням апертури (РСА) і показано доцільність його використання для кодування й зберігання двовимірних сигналів. У роботі [5] здобувачем виконано аналіз квазіоптимального алгоритму формування радіолокаційного зображення по елементах нульових різноманіть із урахуванням специфіки цифрових РСА та оператора уточнення квазіоптимальної оцінки випадкової комплексної функції розсіювання об'єкта зондування з позиції стійкості рішення матричних рівнянь.

Апробація результатів. Основні положення дисертаційної роботи були представлені та обговорені на науково-технічних конференціях “Інформаційні технології Військово-Повітряних Сил України у XXI сторіччі” (2001, Харків, Україна)[6], “Інформаційні технології в авіації ” (2003, Харків, Україна) [7], “Перша наукова-технічна конференція Харківського університету Повітряних Сил“ (2005, Харків, Україна) [8].

Публікації. Основні результати по темі дисертаційної роботи опубліковані в 8 наукових працях, в тому числі: в одному збірнику наукових праць, чотирьох науково-технічних журналах, що входять у перелік ВАК України, двох доповідях на науково-технічних конференціях та одній доповіді на міжнародній науково-технічній конференції.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків, що займають у цілому 232 машинописні сторінки. У дисертації наведено 114 ілюстрацій та 8 таблиць на 50 окремих стор., список використаних літературних джерел з 81 найменування на 7 окремих стор. та чотири додатки на 26 окремих стор.

У вступі обґрунтовано актуальність задачі вибору стратегії дискретизації спостережень двовимірного сигналу зі стійкою побудовою цифрового радіозображення просторово-розподіленого об'єкта та мінімальною втратою інформації про нього. Показано взаємозв'язок проведених досліджень із науковими програмами, планами й темами, визначено об'єкт і предмет дослідження, сформульовано його мету і задачі, показано наукову новизну та практичну цінність отриманих у роботі результатів. Наведено дані про впровадження, публікації, апробацію й особистий внесок автора.

У першому розділі розглянуті технічні характеристики радіотехнічних систем дистанційного зондування та критерії якості побудови радіозображень. Обговорені окремі критерії якості та їхня здатність зберігати необхідну інформацію про об'єкт. Відзначається, що при добуванні кількісної інформації про структурні властивості радіозображення об'єкта доцільно орієнтуватися на використання інформаційного критерію при оцінці його якості.

Приводяться постановка задачі та методи обробки сигналів при побудові радіозображень у системах дистанційного зондування. Аналізуються методи побудови радіозображень протяжних об'єктів у радіолокаційних системах, моделі траєкторних сигналів при синтезуванні апертури та випадкового комплексного коефіцієнта розсіювання, що визначає амплітудно-фазовий образ просторово розподіленого об'єкта.

Обговорюються спотворювання спостережень при побудові радіозображень і деякі методи врахування фазових спотворень. Відзначається, що присутність фазових мультиплікативних спотворень у траєкторних сигналах є основним чинником, що приводить до зниження роздільної здатності РСА. Аналізуються існуючі алгоритми компенсації фазових спотворень у системах побудови радіозображень. Розглядається нетрадиційний підхід до корекції фазових спотворень спектра двовимірного просторово-обмеженого сигналу за його модулем, або однозначно пов'язаними з ним комплексними нулями, в якому використовується розкладання на співмножники багаточлена, що представляє двовимірне z-перетворення автокореляційної функції сигналу. У розділі відзначається, що в прикладних задачах побудоване радіозображення не є кінцевим етапом обробки сигналів. Воно служить необхідним матеріалом для рішення прикладних задач, наприклад, таких, як виявлення, розпізнавання, ідентифікація та інших.

Розглядаються нетрадиційні методи дискретизації та квантування двовимірних сигналів для наступної їхньої цифрової обробки. Обговорюються стратегії дискретизації спостережень. Показується, що поряд з явною (традиційної) дискретизацією за Котельниковим при переході до цифрової обробки й відновлення двовимірних сигналів знаходять застосування також інші альтернативні методи дискретизації, а від вибору стратегії дискретизації залежить якість відновлення двовимірних сигналів, рішення задач виявлення й розпізнавання об'єкта за радіолокаційним зображенням. Тому вибір стратегії дискретизації двовимірних спостережень є актуальною задачею для цифрових систем побудови радіозображень та їхнього кодування.

Встановлюється доцільність розширення стратегії дискретизації сигналу, що спостерігається, пов'язану з поняттям “нульової вибірки”, на множині комплексних нулів, а також пошуку компромісу при побудові цифрового радіоизображення між точністю дискретизації двовимірного сигналу за місцем розташування і його квантуванням за амплітудою.

Показується, що представлення двовимірного сигналу точками перетинань нульового рівня, з яким зв'язують неявну дискретизацію, може бути використано для корекції реалізації фазового спектра траєкторного сигналу за амплітудними даними або пов'язаною з ними множиною комплексних нулів.

У другому розділі, спираючись на інформаційний критерій Фішера, проводиться аналіз і вибір найбільш інформативної стратегії дискретизації сигналу для його цифрової обробки. Встановлюється зв'язок дискретизації сигналу з його параметризацією. Приводяться три варіанти параметризації сигналу, спектр якого моделюється комплекснозначним поліномом . Для кожного варіанта параметризації розраховуються відповідні інформаційні матриці .

Доводиться, що серед розглянутих стратегій дискретизації спектра сигналу, при рішенні задачі його відновлення за відліками , які є прямими ознаками, коефіцієнтами полінома й множиною його нулів (непрямі ознаки) найбільш інформативною стратегією дискретизації є неявна дискретизація нулями. Показується, що можливий виграш в інформації, при дискретизації нулями , у порівнянні з дискретизацією відліками визначається виразом , у якому та - діагональні елементи інформаційних матриць при параметризації нулями й відліками відповідно. У свою чергу, стратегія дискретизації коефіцієнтами не може бути використана, тому що саме їхня оцінка є суттю задачі відновлення сигналу з використанням відібраних ознак.

Також у межах розширення стратегій дискретизації на багатовимірні сигнали розглядається дискретизація двовимірного дійсного (ненегативного) сигналу точками перетинання декількох граничних рівнів з наступним його відновленням. Приводяться дані середньоквадратичних помилок відновлення залежно від стратегії дискретизації. Показується, що даний підхід до дискретизації й відновлення дійсних двовимірних сигналів має потребу в розвитку з урахуванням високої чутливості алгоритмів відновлення до точності завдання місця розташування точок перетинання рівнів, а також можливої комплекснозначності сигналів у задачах побудови радіозображень.

Розвиток одержує неявна дискретизація комплекснозначних двовимірних сигналів і математичні моделі їхнього опису двовимірним поліномом і зваженим квазіполіномом. Досліджується подання двовимірного поля в площині спостереження нульовими різноманіттями та алгоритм їхнього пошуку. Обговорюються можливості застосування отриманих результатів для рішення задач дистанційного зондування, радіокартографування, радіонавігації, а також зберігання й обробки даних у цифрових системах.

У третьому розділі вивчаються методи і алгоритми побудови цифрових радіозображень за елементами нульових різноманіть траєкторного сигналу РСА. Для переходу від аналогових алгоритмів побудови радіозображень до цифрових та моделі об'єкта у вигляді сукупності “блискучих” точок, виводиться подання траєкторного сигналу елементами нульових різноманіть:

цифровий радіотехнічний дискретизація

де - елемент випадкового двовимірного комплексного коефіцієнта розсіювання (амплітудно-фазового образа об'єкта), і - праві границі поверхні, що зондується за дальністю та азимутом відповідно, - число імпульсів у пачці, - елемент -ої траєкторії нульового різноманіття, - просторова частота, - крок дискретизації, - множник, що враховує вплив діаграми спрямованості антени та її рух у часі, - відомий множник, обумовлений формою зондувального імпульсу, несучою частотою сигналу та геометрією задачі дистанційного зондування, який може бути скомпенсований при прийомі, , - номер зондувального імпульсу, - період його повторення, - час затримки відбитого зондувального сигналу від -ої смужки дальності.

Таке представлення використовується для одержання радіозображення при узгодженій обробці траєкторного сигналу що спостерігається, та є квазіоптимальною оцінкою амплітудно-фазового образу об'єкта:

де , - швидкість руху носія РСА, , - висота польоту носія, - номер смужки дальності, - функція невизначеності.

Виконується аналіз структури матричного оператора

перетворення амплітудно-фазового образа об'єкта в його квазіоптимальну оцінку з обуреним значенням вектора згладжених значень радіозображенні, визначеним на множині , і обуреним значенням матриці . Встановлюється, що обумовленість матричного оператора швидко погіршується зі збільшенням його розмірності.

Розглядаються загальні питання регулярізації рішення задачі уточнення квазіоптимальної оцінки амплітудно-фазового образа об'єкта алгебраїчними методами.

Аналізується чутливість рішення цієї задачі щодо похибок у завданні матричного оператора, які пов'язані з обмеженням числа утримуваних десяткових розрядів у дробовій частині (після коми) представлення нулів.

У розділі пропонуються та досліджуються методи та алгоритми підвищення стійкості алгебраїчного рішення задачі побудови радіозображення за його квазіоптимальною оцінкою, що використовують: багаторівневу неявну дискретизацію, елементи нульових різноманіть апроксимації спектра двовимірного сигналу ортогональними поліномами Лежандра, зв'язок коефіцієнтів полінома з його нулями (теорему Вієта), який дозволяє будувати радіозображення порядково. Аналізується якість побудованого зображення, що оцінюється середньоквадратичним відхиленням (СКВ) від побудованого без похибок у завданні матричного оператора (табл.1).

Таблиця 1. Методи побудови зображень

Показано (таблиця 1), що запропоновані методи мають різний ступінь стійкості, як до розміру фрагмента зображення, який формується, так і до числа неявних відліків, що використовувались для його побудови, а якісна побудова радіозображення можлива при округленні значень елементів нульових різноманіть до чотирьох знаків після коми.

Встановлено, що метод порядкового формування зображення дозволяє будувати рядок зображення за двома нульовими траєкторіями, що має найбільші модулі при найменшій точності завдання положення крапок на нульовій траєкторії (число утримуваних десяткових розрядів у дробовій частині (після коми) значень елементів нульових різноманіть дорівнює нулю).

Розробляється метод хаотичного перемішування для гарантовано стійкої побудови зображення в радіолокаційній системі із синтезуванням апертури за нульовими різноманіттями двовимірного спектра траєкторного сигналу. Метод заснований на формуванні псевдоансамблю траєкторного сигналу та вибору такого його елемента, для якого існує рішення задачі стійкої побудови зображення. Псевдоансамбль формується хаотичною перестановкою значень траєкторного сигналу, що спостерігається. Оператор, що зв'язує елемент псевдоансамблю з його амплітудно-фазовим образом являє собою матрицю з елементами, отриманими зворотною хаотичною перестановкою елементів матричного оператора, пов'язаного з траєкторним сигналом, що спостерігається. Як правило, такі матриці мають гарну обумовленість. У свою чергу ця властивість дозволяє забезпечити стійкість рішення задачі побудови зображення. Метод може бути застосований до задач кодування зображень і їхнього зберігання в цифровому вигляді. Показується, що метод є різновидом пермутаційних критеріїв і, у деяких випадках, може бути використаний для регуляризації некоректних задач.

Виконується математичне моделювання методу, що для простоти, проводиться з використанням, у якості істинного, дійсного ненегативного радіолокаційного образа об'єкта. Аналізується обумовленість елементів ансамблю матричних операторів cond від числа перемішувань perm, а також відповідні цим операторам похибки побудови зображення.

Викладені результати побудови зображення методом хаотичного перемішування (рис. 3-6), при обмеженні точності завдання значень елементів нульових різноманіть за рахунок утримування певної кількості десяткових розрядів у їхній дробовій частині (параметр с). Показується, що метод хаотичного перемішування дозволяє одержувати якісні зображення при округленні значень елементів нульових різноманіть до 2 знаків після коми при використанні одного обраного елемента псевдоансамблю (табл..1). Збільшення числа використовуваних елементів псевдоансамблю, що беруть участь у побудові зображення, наприклад, до п'яти (perm=15), дозволяє одержувати набір різних зображень об'єкта, які при їх подальшій статистичній обробці поліпшують пізнаваємість зображення навіть при завданні елементів нульових різноманіть із точністю до 1 знака після коми.

Для дослідження якості даного методу побудови зображення при моделюванні розглядається приклад, що дозволяє кількісну оцінку якості побудованого зображення співвіднести з його психофізичним сприйняттям.

Проводиться розрахунок залежності якості побудованого зображення від точності подання елементів нульових різноманіть при зміні числа перемішувань. Показано, що запропонований метод хаотичного перемішування дозволяє перебороти перешкоду на шляху до використання неявної дискретизації в цифровій обробці просторово - часових сигналів.

Далі в розділі розглядається задача формування вагової функції в опорному сигналі системи обробки РСА, із заданими властивостями мінімальним значенням максимального бічного пелюстка синтезованої діаграми спрямованості. Для рішення задачі в розділі пропонується використовувати генетичний алгоритм, що реалізує потужну стратегію виходу з локальних екстремумів, за рахунок паралельної обробки множини альтернативних рішень, концентруючи пошук на найбільш перспективні з них. Вагова функція оптимізується на дискретній множині параметрів, яка може бути настільки великою, що задача оптимізації традиційними методами стає практично нездійснимою. Досліджується працездатність алгоритму. Показано, що при фіксованому амплітудно-фазовому розподілі (рівному одиниці) синтезованої симетричної лінійної антенної решітки, що складається з елементів, і дотриманні вимог до діаграми її спрямованості, оптимізація координат її елементів дозволяє понизити максимальне значення бічного пелюстка до рівня 26.162 дБ, що за інших рівних умов істотно менше ніж при використанні традиційних методів чисельної оптимізації.

У четвертому розділі вирішується задача аналізу потенційної точності оцінки елементів нульових різноманіть спектра двовимірного сигналу. Розглядаються питання зменшення впливу випадкових похибок вимірів, при визначенні елементів нульових різноманіть, шляхом оптимального їхнього планування (організації) на основі аналізу інформаційної матриці Фішера. Враховуючи труднощі машинної реалізації визначення елементів нульових різноманіть (відшукання координат нулів полінома за даними про його коефіцієнти), аналізується варіант рішення задачі, коли безпосередньо за даними вимірів обчислюються необхідні параметри - реальні й мнимі компоненти нулів полінома.

Сформульовано вимоги до оптимальної організації вимірів, а саме: для підвищення точності оцінки елементів нульових різноманіть, вимір спектра сигналу необхідно проводити на околах дійсних складових оцінюваних нулів (його локальних мінімумів). У цьому випадку виміри найбільш інформативні, а матриця Фішера близька до діагональної.

Аналізуються регулярні й випадкові похибки апроксимації спектра сигналу множиною нулів з використанням канонічного добутку Адамара. Встановлено, що при обліку нулів форма амплітудно-фазового образа об'єкта розсіювання відновлюється з точністю не гірше та з невідомою амплітудою й зрушенням.

Вивчено вплив шумів на спектр сигналу. Шуми приводять, з одного боку, до появи додаткових нулів (артефактів), з іншого боку - до зсуву інформаційних нулів в області, обмеженої прямокутником із установленими межами. Знайдено умову, що дозволяє визначити область у площині комплексного змінного, у якій наявність шуму не впливає на число нулів.

Проведений аналіз впливу вимірювального шуму на точність реєстрації амплітудно-фазового спектра двовимірного сигналу. Отримано дані про флуктуації модуля й фази спектра двовимірного сигналу перекрученого шумом. У результаті моделювання на ЦЕОМ встановлено, що при відносинах сигнал/шум рівних і дисперсія фази спектра двовимірного сигналу зневажено мала й практично не впливає на роздільну здатність РСА. Отримані значення дисперсії фази можуть бути використані при обчисленні ефективного інтервалу синтезування апертури при побудові радіозображення.

Обговорюються можливості й умови використання розроблених методів і алгоритмів побудови цифрових радіозображень, а також їхнє застосування в кореляційно - екстремальних системах радіонавігації по картах місцевості, кодування радіозображень і зберігання їх у цифровому вигляді.

В додатку А наведено акт впровадження отриманих у дисертаційній роботі результатів.

В додатку Б наводяться дані щодо традиційних методів дискретизації та квантування двовимірних сигналів для їхньої цифрової обробки.

В додатку В наводяться необхідні відомості для представлення одновимірних сигналів цілими функціями експонентного типу.

В додатку Д викладені короткі відомості про нелінійну динаміку дискретних відображень, які потрібні для реалізації хаотичного перемішування.

Висновки

У дисертаційній роботі досліджено задачу стійкої побудови цифрового радіозображення об'єкта, що зондується при неявній дискретизації спостережень двовимірного спектра сигналу елементами його нульових різноманіть. У результаті проведених у роботі досліджень отримані наступні важливі результати:

Для якісної побудови цифрових радіозображень обґрунтовано необхідність вибору стратегії неявної дискретизації спостережень елементами їхніх нульових різноманіть. Установлено, що за критерієм максимуму інформації дана стратегія виявляється найбільш інформативною.

Отримано представлення траєкторного сигналу РСА елементами нульових різноманіть, і на основі його узгодженої обробки - квазіоптимальна оцінка амплітудно-фазового образу об'єкта зондування (цифрове радіозображення).

Визначено й вивчено структуру матричного оператора перетворення амплітудно-фазового образа об'єкта в його квазіоптимальну оцінку. Виявлено погану обумовленість оператора, що приводить до високої чутливості уточнення квазіоптимальної оцінки до точності завдання елементів нульових різноманіть.

Отримано рішення задачі уточнення квазіоптимальної оцінки, що стійке до чотирьох утримуваних десяткових розрядів у завданні дробовій частині (після коми) значень елементів нульових різноманіть.

Розроблено метод хаотичного перемішування для гарантовано стійкої побудови зображення в радіолокаційній системі із синтезуванням апертури по нульових різноманіттях двовимірного спектра траєкторного сигналу. Метод дозволяє одержувати якісні зображення при округленні значень елементів нульових різноманіть до двох знаків після коми при використанні одного обраного елемента псевдоансамблю. Збільшення числа використовуваних елементів псевдоансамблю, що беруть участь у побудові зображення, дозволяє одержувати набір різних зображень об'єкта, які при їх подальшої статистичної обробці поліпшують впізнавання зображення навіть при завданні елементів нульових різноманіть із точністю до одного знака.

Виконано синтез вагової функції в опорному сигналі системи обробки РСА з використанням генетичного алгоритму, яка зменшує вплив бічних пелюстків синтезованої діаграми спрямованості на якість побудови радіозображення. Алгоритм, за інших рівних умов, дозволяє одержати максимальне значення бічного пелюстка істотно менше, ніж при використанні традиційних методів чисельної оптимізації.

Встановлено, що зменшити вплив джерела випадкових помилок на точність оцінки елементів нульових різноманіть обмірюваних значень спектра двовимірного сигналу можна плануванням вимірів на околах дійсних складових оцінюваних нулів.

Похибки апроксимації спектра сигналу при обліку нулів є не гірше .

Встановлено, що шуми приводять до появи додаткових нулів (артефактів) і до зсуву інформаційних. Знайдено умову, що дозволяє визначити область у площині комплексного змінного, у якій наявність шуму не впливає на число нулів.

Розроблені методи й алгоритми побудови радіозображень, які базуються на представленні спектрів двовимірних сигналів елементами нульових різноманіть, можуть знайти застосування в кореляційно - екстремальних системах радіонавігації по картах місцевості, кодуванні радіозображень і їхнього зберігання в цифровому вигляді.

Список основних публікацій

1. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О. Применение генетических алгоритмов в задачах оптимизации антенных решеток // Авіаційно-космічна техніка і технологія. Харків, 2001. - Вип.22 - С.341-344.

2. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О., Минюков Д.В. Использование нулевых многообразий для восстановления двумерного сигнала. // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - Харків, - 2003. - Вип.4 (4) - С.111-117.

3. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О., Минюков Д.В. Формирование изображения в радиолокационной системе с синтезированием апертуры по нулевым многообразиям двумерного спектра траекторного сигнала // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2004. - т.47, №9, - С.12-22.

4. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О., Минюков Д.В., Костенко Т.П. Метод хаотического перемешивания для устойчивого восстановления изображения в радиолокационной системе с синтезированием апертуры по нулевым многообразиям двумерного спектра траекторного сигнала // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2005. - т.48, №2, -С.13-25.

5. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О., Минюков Д.В. Неявная дискретизация при формировании радиолокационного изображения методом согласованного приема в системах с синтезированием апертуры // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2005. - т.48, №3, - С.33-46.

6. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О. Применение генетических алгоритмов в задачах оптимизации антенных решеток // Інформаційні технології Військово-Повітряних Сил України у XXI сторіччі: Матеріали наукової конференції ( 10-11 квітня 2001 р.).- Харків: Харківський інститут Військово-Повітряних Сил ім. І. Кожедуба, 2001. - С.12.

7. Костенко П.Ю., Храпчинский В.О., Минюков Д.В. Использование нулевых многообразий для восстановления двумерного сигнала // Информационные технологии в авиации: Материалы международной научно-технической конференции ( 29-30 октября 2003 р.).- Харків: Харківський інститут Військово-Повітряних Сил ім. І. Кожедуба, 2003. - С.11.

8. Храпчинский В.О. Стійке відновлення радіолокаційного зображення по нульовим різноманіттям двовимірного спектра траєкторного сигналу // Матеріали першої науково-технічної конференції Харківського університету Повітряних Сил ( 16-17 лютого 2005 р.).- Харків: Харківський університет Повітряних Сил, 2005. - С.183.

Размещено на Allbest.ru