Адаптація авіаційних радіотехнічних систем в умовах ситуаційної невизначеності

У п'ятому розділі розвинуто підхід, заснований на використанні спектральної надмірності інформаційних сигналів АРТС, щодо формування опорного сигналу у ДТПІ на приймальному боці в умовах СН.

Показано, що відомі підходи щодо формування опорного сигналу (ОС) в приймальних ТПЧО ґрунтуються на використанні додаткової надмірності, яка вводиться в інформаційний сигнал на передавальному боці. Відмічається, що вони не володіють універсальністю щодо методів ПІ, ускладнюють ТЧО на передавальному і приймальному боках та потребують використання пристроїв синхронізації й фазування, що призводить в цілому до зниження пропускної здатності систем. Запропоновано загальну структуру універсального формувача ОС, яка заснована на послідовному використанні перетворювачів частоти, фільтрів та пристрою нормування щодо сигналу на виході ДТПІ, що дозволяє формувати ОС в нестаціонарних умовах для різних методів ПІ без зниження пропускної здатності АРТС.

Відмічається, що при такому способі формування ОС виникає неконтрольований фазовий зсув (ФЗ), обумовлений інерційними елементами формувача, який впливає на ефективність адаптації ДТПІ. Досліджено вплив ФЗ на ефективність адаптації і встановлено, що в сталому режимі ФЗ призводить до циклічної зміни параметрів ТПЧО, що адаптуються, які призводять до амплітудних, фазових і частотних спотворень інформаційного сигналу на виході ДТПІ. Показано, що циклічна зміна параметрів залежить від напряму прийому сигналу, робочої частоти, відстані між антенами в апертурі та їхніми ХС у напрямі приходу сигналу. Відмічається, що частота циклічної зміни параметрів, що настроюються, залежить від інерційних властивостей САН, величини ФЗ ОС та потужності інформаційного сигналу, що приймається, з урахуванням шумів і ХС приймальних антен в апертурі.

У зв'язку з цим поставлена і вирішена задача аналізу статистичних характеристик амплітуди і фази ОС, що формується. Дослідження виконано щодо моделі інерційних елементів формувача, яка описується диференціальними рівняннями другого порядку. Показано, що в загальному випадку розподіл амплітуди і фази ОС носить складний характер зі статистикою, яка залежить від ВСЗШ на вході формувача та співвідношення смуги частот сигналу, завади та інерційних елементів формувача. Відмічається, що значення фази ОС, що формується, в загальному випадку може знаходитися в інтервалі від 0 до 360 градусів зі складним розподілом.

У межах запропонованої структури формувача ОС розвинуто підхід щодо формування опорного сигналу в ДТПІ, який ґрунтується на використанні власної спектральної надмірності інформаційних сигналів, що використовуються в АРТС. Спектральна надмірність довільного інформаційного сигналу виявляється в тому, що його кореляційна функція , яка зветься циклічною кореляційною функцією (ЦКФ), для певної циклічної частоти відмінна від нуля. Перетворення Фур'є цієї функції визначає відповідну циклічну спектральну густину (ЦСГ) . Встановлено, що більшість реальних сигналів, що використовуються в АРТС, характеризуються спектральною надмірністю на індивідуальних циклічних частотах, які визначаються частотою маніпуляції та частотою несучого коливання і дорівнюють , де , =0, 1, 2…. В розділі наведено приклади ЦКФ та ЦСГ для типових інформаційних сигналів. Для використання спектральної надмірності необхідним є зсув відповідного сигналу за часом та частотою на величину індивідуальної циклічної частоти . Можливі методи використання спектральної надмірності щодо формування ОС у ДТПІ відрізняються лише вихідними сигналами. Наприклад, для формування ОС може бути використано сигнал з виходу довільної антени приймальної апертури, який безпосередньо приймається, або сигнал з виходу ДТПІ, або сигнал після спеціальної попередньої обробки сигналів з виходів антен приймальної апертури.

Запропоновано метод адаптації ДТПІ на приймальному боці з використанням спектральної надмірності інформаційних сигналів, який відрізняється від відомих попередньою просторовою обробкою сигналів, та характеризується універсальністю щодо методів ПІ і не вимагає ускладнення ТЧО на передавальному та приймальному боках системи. Наведено процедури адаптації ДТПІ з використанням спектральної надмірності в безперервному, релейному та дискретному вигляді, які відрізняються різною складністю реалізації.

У шостому розділі розвинуто підхід щодо модернізації методів адаптації ДТПІ до невизначеності ситуації на приймальному боці, її суттєвої зміни та наявності інструментальних похибок.

Запропоновано і розвинуто загальний підхід до модернізації методів адаптації ДТПІ на приймальному боці з використанням умовно-оптимальної оцінки вектора параметрів , що настроюється, який визначається класом векторних функціоналів вигляду

(8)

з адаптивним способом визначення невідомих оптимальних матричних коефіцієнтів , і та їх відповідною корекцією в умовах нестаціонарності ситуації, де , - задані векторні функції оцінюваного вектора параметрів ТПЧО, що настроюються на приймальному боці, які визначаються з урахуванням реалізаційних обмежень.

Показано, що на основі розгляду матриці та вектора і використання принципу швидкісного градієнта щодо функціоналу якості процедура адаптації та відповідної корекції невідомих коефіцієнтів у (8) має вигляд , де та . Отримана процедура дозволяє визначити невідомі матричні коефіцієнти в (8) без використання інформації про ймовірнісний розподіл параметрів, що настроюються, та сигналів, що приймаються і спостерігаються на виході ТПЧО, і розв'язання складних рівнянь, які визначаються з умови ортогональності вектора похибки оцінювання з векторами і . У межах запропонованого підходу отримані методи адаптації приймальних ТПЧО до СН в безперервному та дискретному часі за умови вибору функцій і відповідно до оцінок, що визначаються на основі методів оптимальної фільтрації марковських процесів. Наведено структурні схеми запропонованих ТПЧО, що адаптуються.

У межах підходу, що розвивається у роботі, запропоновано модифікацію методів адаптації ДТПІ на приймальному боці, відмінну від відомих, застосуванням процедур виявлення зміни СН і оцінки рівня цієї зміни з подальшою відповідною корекцією векторного коефіцієнта, що дозволяє адаптувати ДТПІ до умов з стрибкоподібною і випадковою зміною ситуаційних параметрів. Виявлення зміни ситуації та оцінки рівня цієї зміни засновано на використанні методів достатніх статистик та максимально правдоподібних оцінок відповідних параметрів на основі оновлюючого процесу ТПЧО з подальшим застосуванням загального критерію відношення правдоподібності. Розглянуто напрямки спрощення запропонованих модифікованих методів адаптації.

Запропоновано комбінований багатоступінчатий метод адаптації ДТПІ на приймальному боці, заснований на комбінації стандартної процедури усереднювання (9) щодо вектору параметрів (8), який визначається простими та неоптимальними багатоступінчатими методами адаптації щодо багаторівневих умов функціонування:

, (9)

, (10)

де - задана функція відзначених аргументів, яка визначається відповідним методом адаптації; - визначає залежність ступеню методу щодо відповідного рівня багаторівневих умов функціонування ДТПІ; - визначає локальну збіжність методів та процедур адаптації для відповідного ступеня. Показано, що комбінований метод не вимагає великого об'єму обчислень і на основі багатоступінчатого регулювання локальної збіжності у простих і неоптимальних процедурах (8) забезпечує адаптацію ДТПІ в умовах нестаціонарної зміни СН та характеризується при цьому щонайвищою асимптотичною збіжністю в стаціонарних умовах. Новизна рішень щодо багатоступінчатого регулювання локальної збіжності методів адаптації (9) захищена авторськими свідоцтвами.

Отримали подальший розвиток методи адаптації ДТПІ при наявності похибки визначення оцінки -го компонента градієнта функціонала якості, які відмінні від відомих використанням періодично нестаціонарних процедур усереднювання, що в безперервному часі описуються оператором

,

де при , а і визначають величину та номер періоду нестаціонарного усереднювання; - постійна часу усереднювання. Період визначається з умови мінімуму спотворень регулярної складової градієнта. Показано, що для стохастичних градієнтних методів існує оптимальний з погляду швидкості й точності адаптації період нестаціонарного усереднювання, який дорівнює 5 - 10 крокам процедури адаптації.

Для підвищення ефективності адаптації ДТПІ в умовах неконтрольованих інструментальних похибок запропоновано використання керованої рандомізації методів та процедур адаптації. Відмічається, що можливі принципи прямої і непрямої керованої рандомізації, які засновані на безпосередньому введенні штучних шумів та за допомогою оберненого зв'язку (без прямого введення штучних шумів). Показано, що керовану рандомізацію слід розглядати як можливий конструктивний підхід щодо забезпечення ефективності методів адаптації ДТПІ при наявності інструментальних похибок, характерних для реальних умов функціонування АРТС на борту ОАТ.

У сьомому розділі вирішені задачі перевірки працездатності та можливості практичної реалізації запропонованих методів і процедур адаптації ДТПІ на передавальному та приймальному боках в умовах різної СН на основі статистичного моделювання та розробки й експериментального дослідження макета адаптивного приймального ТПВО.

Досліджено динаміку ВСКП та питомої ППЗ ДТПІ при погодженій та розмежованій (на приймальному боці) їх адаптації в умовах різної СН та методів ПІ. Результати цих досліджень у випадку методу амплітудної модуляції з параметрами і ілюструються на рис.4 і рис.5 відповідно для однієї з характерних тестових ситуацій, параметри якої вказані на рис.4, де ,,,, - напрями дії відносно нормалі до приймальної апертури та потужності джерел сигналу і завад, а також потужність шумів на приймальному боці відповідно.

Рис.4. ВСКП при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ

Рис.5. Поточна ППЗ при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ

Динаміка питомої ППЗ при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ для методу фазової маніпуляції ПІ у ситуації, коли , , а передавальна і приймальна апертури складалися зі двох антен з ізотропними ХС та півхвильовою відстанню між ними, ілюструється на рис.6. Решта даних аналогічна розглянутій вище ситуації. Досліджено відповідні спектральні характеристики сигналів на виході ДТПІ в різних СН при погодженій та розмежованій адаптації. Наприклад, для типової тестової ситуації одержано, що коефіцієнт кореляції амплітудного та фазового спектру вихідного сигналу ДТПІ і сигналу, який передається, при погодженій та розмежованій адаптації дорівнює і 0,285 та і -0,045 відповідно.

Досліджено ймовірність похибки в прийомі символу (ІПС) при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ. Для методу фазової маніпуляції ПІ характерна динаміка ІПС для розглянутої ситуації ілюструється на рис.7. Установлено, що метод ПІ мало впливає на процес адаптації ДТПІ. Показано, що злагоджена адаптація ДТПІ забезпечує істотне підвищення показників якості ПІ в АРТС в умовах завад. При цьому більш ніж на порядок (у порівнянні з адаптацією тільки на приймальному боці) збільшується питома ППЗ та знижується ВСКП передачі сигналів і ІПС.

Для перевірки працездатності запропонованих модифікованих методів адаптації ДТПІ на приймальному боці в динамічних умовах моделювались невизначені ситуації з різною нестаціонарністю, просторових, енергетичних та часових параметрів. Розглянутий найбільш поширений для ОАТ випадок приймальної апертури з двох бортових антен кільового розміщення.

Рис.6. Питома ППЗ при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ

Рис.7. ІПС при погодженій і розмежованій адаптації ДТПІ

Динаміка ситуацій визначалась стрибкоподібною зміною потужності і кутового положення джерел шумових завад різного рівня потужності. Криві на рис.8 ілюструють динаміку вхідного ВСЗШ (дБ), кутове положення (у градусах) джерел завад, а також вихідного ВСЗШ (дБ) ДТПІ, що адаптується до цих умов, при зсуві фази . На рис.9 наведено ХС приймального ТПЧО, що адаптується у цій ситуації на 28, 60 та 90 кроках адаптації.

Рис.8. Динаміка параметрів ситуації і вихідного ВСЗШ

Рис.9. ХС приймального ТПЧО в динамічних умовах

Результати аналогічних досліджень модифікованих методів адаптації у ситуації, в якої джерела завад додатково переміщуються за кутом з різною швидкістю, ілюструються на рис.10 та рис.11. На рис.12 та рис.13 наведені вихідні ВСЗШ та ВСКП для цієї ж ситуації у випадку використання відомих методів адаптації, заснованих на методах динамічної фільтрації. На рис.14 наведено ХС приймального ТПЧО, що адаптується на основі модифікованого методу у цій же ситуації на 28, 60 та 90 кроках адаптації. Відмічається, що модифіковані методи характеризуються високою локальною швидкістю адаптації, яка дозволяє використовувати їх в умовах істотної ситуаційної нестаціонарності. Показано, що на величину ВСКП істотне значення впливає точність фазування ОС з інформаційним сигналом, що приймається. Установлено, що точність фазування в умовах нестаціонарності ситуації повинна забезпечуватись на рівні не гірше .

Рис.10. Динаміка параметрів ситуації і вихідного ВСЗШ

Рис.11. Динаміка ВСКП на виході при наявності і відсутності адаптації

Рис.12. Динаміка параметрів ситуації і вихідного ВСЗШ

Рис.13. Динаміка ВСКП на виході при наявності і відсутності адаптації

Наведені результати свідчать про те, що в умовах нестаціонарності ситуацій забезпечується висока якість адаптації ДТПІ на приймальному боці. З аналізу наведених даних виходить, що пропоновані методи адаптації мають істотно більш високу швидкодію в порівнянні з традиційними методами і зберігають високу якість адаптації в стаціонарних умовах.

Підтверджена працездатність запропонованого модифікованого методу адаптації одночасної дії з періодичним оператором усереднювання поточної оцінки градієнта (рис.15). Показано, що метод забезпечує підвищення швидкості адаптації більш ніж на порядок при незмінній величині ВСКП відтворення сигналу на виході тракту. Установлено, що існує оптимальний період нестаціонарного усереднювання, який, з урахуванням вихідного ВСЗШ, ВСКП та швидкості адаптації, повинен складати 5 - 10 кроків процесу адаптації.

Моделюванням підтверджено, що рандомізація методів адаптації ДТПІ на приймальному боці АРТС дозволяє підвищити величину вихідного ВСЗШ в умовах наявності інструментальних похибок. Відмічається, що при цьому можна досягти істотного підвищення якості простих і конструктивних градієнтних методів адаптації ДТПІ в умовах поганої обумовленості кореляційної матриці сигналів і завад.

Рис.14. ХС приймального ТПЧО в динамічних умовах

Рис.15. Динаміка ВСЗШ та ВСКП для методу одночасної дії

Доведено працездатність методів і процедур адаптації з використанням спектральної надмірності інформаційних сигналів і встановлено, що їх можливості значно розширюються щодо придушення середніх і малих за потужністю завад, які виявляються особливо небезпечними, наприклад, для телевізійних та інших спеціальних АРТС. З умов допустимих втрат ВСЗШ (3-4дБ) визначено, що точність установки циклічних частот повинна бути не гірше кГц.

Результатами фізичного експерименту підтверджена працездатність макета адаптивного ТПЧО в різних тестових ситуаціях, а також доведена можливість практичної реалізації запропонованих методів і процедур адаптації ТПЧО на приймальному боці. Експериментальні дані щодо коефіцієнта придушення завад, які реально досягаються, складають 15-25дБ для широкого діапазону кутів дії завад, а щодо часу адаптації - 60-100мкс, що дозволяє рекомендувати розроблений макет адаптивного ТПЧО до використання в АРТС для забезпечення якості ІО в складних та нестаціонарних сигнально-завадових умовах.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ Й ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється у розвитку теорії й методології забезпечення якісного ІО в АРТС в умовах СН на основі запропонованих ДТПІ, які адаптуються до СН, яка є науково-технічною основою для принципово нової конструктивної стратегії забезпечення ефективності АРТС, функціонуючих в складних умовах з урахуванням РЕП при обмеженнях щодо частотно-енергетичного ресурсу систем.

Основні результати і висновки зводяться до таких:

1. Запропоновано і розвинуто підхід щодо забезпечення якості функціонування інформаційних РТС в складних сигнально-завадових умовах, на основі ДТПІ з просторовими характеристиками передавального та приймального ТПЧО, що настроюються, який дозволив розвинути теорію і методологію забезпечення якості ІО в АРТС в умовах СН при обмеженнях їх частотно-енергетичного ресурсу.

2. Запропоновано інформаційні критерії якості ДТПІ, засновані на визначенні поточної пропускної здатності, яка узагальнює класичне визначення пропускної здатності на випадок ДТПІ, які настроюються, що дозволило сформулювати конструктивну мету їх адаптації в умовах СН.

3. Здійснено подальший розвиток композиційного підходу на клас ДТПІ. Розроблено базові композиційні моделі передавального та приймального ТПЧО, що настроюються, а також середовища поширення, на основі яких отримані параметричні моделі ДТПІ в просторі станів, які дозволяють синтезувати агреговані композиційні моделі ДТПІ різної складності з різними динамічними властивостями керованих і некерованих передавальних та приймальних ТПЧО, середовища поширення сигналів, зовнішніх завад та об'єктів ІО.

4. Поставлено і розв'язано задачу погодженої параметричної оптимізації ДТПІ на передавальному і приймальному боках в умовах визначеності ситуації. Показано, що одержаний розв'язок задачі відрізняється від відомого для приймального боку додатковою залежністю від структури, характеристик апертури і параметрів ТПЧО, що настроюються, на передавальному боці, а також перетворень сигналу в середовищі поширення. Оптимальні параметрі передавального тракту, що настроюються, визначаються структурою і характеристиками апертури ТПЧО на обох боках, характеристиками середовища поширення сигналу, а також взаємною кореляцією сигналів на вході і виході ДТПІ. Установлено, що вказані розв'язки щодо передавального і приймального боків є взаємозалежними.

5. Розвинуто теорію та методи адаптації ДТПІ, на основі яких уперше запропоновані процедури погодженої і розмежованої адаптації ДТПІ в умовах різного рівня СН, що дозволяють здійснювати їх адаптацію при довільних передавальних та приймальних структурах ТПЧО і апертур з урахуванням невизначеної динаміки авіаційних об'єктів ІО.

6. Отримав подальший розвиток науково-методичний апарат аналізу ефективності методів адаптації приймальних ТПЧО в умовах нестаціонарності напрямів прийому сигналу і дії завад та використання довільних приймальних апертур, який узагальнює більш широкий клас методів і процедур адаптації і дозволяє виявити загальну закономірність між допустимою величиною нестаціонарності напрямів, характеристиками завад і приймальних ТПЧО, а також допустимим рівнем флуктуацій параметрів, що настроюються. Наприклад, для відношення потужності завади до потужності шумів на вході приймального тракту більш 20дБ та рівня флуктуацій параметрів, що настроюються, не більше 1%, допустима величина нестаціонарності напрямів не повинна перевищувати градусів за крок адаптації.

7. Досліджено сумісний вплив характеристик приймальної апертури та нестаціонарності її орієнтації на ефективність адаптації ДТПІ. Установлено, що в загальному випадку неоднаковість ХС антен в апертурі і їх взаємний кутовий зсув в умовах нестаціонарності орієнтації апертури призводить до істотного зростання середнього значення і середньоквадратичного відхилення відносної квадратичної помилки відтворення сигналу на виході ДТПІ, при яких ІО стає неможливим.

8. Розвинуто підхід щодо формування опорного сигналу, який ґрунтується на використанні власної спектральної надмірності інформаційних сигналів, на основі якого запропоновано методи адаптації ДТПІ на приймальному боці та процедури, що реалізують їх в безперервному, релейному і дискретному вигляді, які відмінні універсальністю щодо методів ПІ і не потребують ускладнення ТЧО на передавальному й приймальному боках та збільшення частотно-енергетичного ресурсу систем. Встановлено, що використання спектральної надмірності інформаційних сигналів значно розширює можливості методів і процедур адаптації ДТПІ до середніх та малих за потужністю завад, які виявляються особливо небезпечними для телевізійних та інших спеціальних АРТС.

9. Запропоновано і розвинуто підхід до модифікації методів адаптації ДТПІ на приймальному боці, який заснований на використанні умовно-оптимальних адаптивних оцінок параметрів, що настроюються, методів і процедур виявлення моментів змін СН, оцінки величини цих змін і відповідної корекції методів і процедур адаптації, що забезпечує адаптацію трактів до невизначеності ситуації та її суттєвої зміни.

10. Уперше запропоновано підхід та методи, які, на відміну від відомих, використовують періодично нестаціонарні процедури усереднювання поточних оцінок градієнта функціонала якості і штучну рандомізацію методів та процедур адаптації, що забезпечують їх працездатність в умовах інструментальних похибок прийому та обробки сигналів і завад в ТПЧО на борту ОАТ.

11. Установлено, що погоджена адаптація ДТПІ дозволяє більш ніж на порядок (у порівнянні з адаптацією ДТПІ тільки на приймальному боці) збільшити питому ППЗ, знизити величину ВСКП передачі сигналів та ІПС в умовах дії завад і застосування реальних апертур.

12. Експериментально доведена працездатність і можливість практичної реалізації запропонованих методів і процедур адаптації ТПЧО на приймальному боці, що дозволяє рекомендувати розроблений макет адаптивного ТПЧО інформації щодо використання в існуючих та перспективних АРТС з метою підвищення якості ІО в умовах складної сигнально-завадової обстановки і її суттєвої нестаціонарності.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лысый М.И, Поспелов Б.Б., Кривошея С.И., Назаров Д.В. Адаптивная антенная система с использованием спектральной избыточности полезного сигнала // Вестник ХГПУ.- Харьков: ХПИ. - 1998. - Вып.15. - С. 99-104.

2. Поспелов Б.Б. Моделирование адаптивной антенной системы, использующей свойство спектральной избыточности сигналов // Открытые информационные и компьютерные технологии: Сб. научных трудов Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского ХАИ. - Харьков: ХАИ. - 1999. - Вып.3. - С. 115-120.

3. Поспелов Б.Б. Метод повышения эффективности функционирования адаптивных антенных решеток в нестационарных условиях // Радиотехника. - 2001. - Вып.123. - С. 168-173.

4. Поспелов Б.Б., Казначеев В.А. Анализ влияния фазового сдвига в опорном сигнале на эффективность функционирования адаптивных антенных решеток в интегрированной авиационной бортовой радиоэлектронной аппаратуре связи, навигации и опознавания // Збірник наукових праць ХВУ. - Харків: ХВУ. - 2002. - Вип.1(39). - 74-77.

5. Поспелов Б.Б. Реализация концепции адаптируемого канала связи в авиационных радиолиниях // Радиотехника. - 2002. - Вып.128. - С. 197-205.

6. Поспелов Б.Б. Исследование эффективности адаптивных антенных систем при нестационарности конфигурации приемник-передатчик // Радиоэлектроника. Известия высших учебных заведений. - 2000. - №4. - С. 73-77.

7. Поспелов Б.Б. Комбинированный метод адаптивной обработки сигналов для защиты каналов связи от нестационарных помех // Захист інформації. - 2000. - №2. - С. 13-18.

8. Поспелов Б.Б. Метод условно-оптимальной фильтрации в задаче адаптивной пространственно-временной обработки сигналов в авиационных радиолиниях // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Збірник наукових праць ХАІ. - Харків: ХАІ. - 2001. - Вип. 22. - С. 63-68.

9. Поспелов Б.Б. Алгоритмы функционирования адаптируемого канала связи в системах мобильной связи специального назначения // Радиотехника. - 2002. - Вып.133. -- С. 78-85.

10. Поспєлов Б.Б. Математична модель адаптивного радіоканалу в системах контролю та управління // Моделювання та інформаційні технології: Збірник наукових праць НАН України, Інститут проблем моделювання в енергетиці. - Київ: НАНУ. - 2003. - Вип.22. - С. 150-159.

11. Поспелов Б.Б., Грушенко М.В. Модифицированный алгоритм адаптивной обработки сигналов и помех одновременного действия в линиях информационного обмена // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць ХВУ. - Харків: ХВУ. - 2003. - Вип.6. - С. 12-21.

12. Поспелов Б.Б., Чечеткин Д.Л., Грушенко М.В. Влияние начальных значений весовых коэффициентов на эффективность адаптивных антенных систем в авиационных радиолиниях // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2003. - №3. - С. 23-28.

13. Поспєлов Б.Б., Чечоткин Д.Л. Синтез алгоритму функціонування каналу зв'язку, що адаптується, в авіаційних радіолініях на основі методу швидкісного градієнта // Збірник наукових праць ХІ ВПС. - Харків: ХІ ВПС. - 2003. - Вип.1(9). - С. 82-89.

14. Поспелов Б.Б., Грушенко М.В. Алгоритм адаптивной обработки сигналов и помех в антенных системах с введением искусственных шумов // Радиоэлектроника и информатика. - 2003. - №4(25). - С. 30-34.

15. Поспелов Б.Б., Грушенко М.В. Математические модели сигналов и помех с учетом особенностей их приема в системах пространственно-временной обработки сигналов в радиолиниях и параметров антенно-приемного устройства // Збірник наукових праць НАН України, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова. - Київ: НАНУ. - 2003. - Вип.22. - С. 156-162.

16. Поспелов Б.Б., Казначеев В.А., Майборода И.Н. Анализ инструментальной погрешности формирования опорного сигнала в адаптивных антеннах // Сб. научных трудов Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского ХАИ: Открытые информационные и компьютерные технологии. - Харьков: ХАИ. - 2003. - Вып.19. - С. 290-301.

17. Поспєлов Б.Б. Вплив пропелерної модуляції на ефективність просторової режекції завад адаптивними антенами бортових систем зв'язку // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць ХВУ. - Харків: ХВУ. - 2004. - Вип.7(35). - С. 178-184.

18. Поспелов Б.Б., Поспелова О.Б. Композиционная модель адаптируемого канала связи // Радиотехника. - 2004. - Вып.138. - С. 164-172.

19. Поспєлов Б.Б., Мисик Ф.Ф., Чечоткін Д.Л. Дослідження впливу еволюцій літального апарату на ефективність бортового пристрою адаптивної просторової обробки сигналів та завад // Сб. научных трудов Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского ХАИ: Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - 2006. - Вып.30. - С. 151-157.

20. Поспелов Б.Б., Чечеткин Д.Л., Ященок В.Ж. Методы повышения эффективности адаптивной пространственной обработки сигналов на фоне помех в авиационных бортовых радиотехнических системах информационного обмена // Авиационно-космическая техника и технология. - 2006. - №6(32). - С. 56-60.

21. Устройство формирования весовых коэффициентов автокомпенсаторов помех: А.с. 1145315. СССР. МКИ G 01 S 7/36 / Б.Б. Поспєлов - №3662608; Заявл. 09.11.83; Опубл. 15.11.84, Бюл. №10. - 4 с.: ил.

22. Способ формирования весовых коэффициентов автокомпенсаторов помех: А.с. 1570497. СССР. МКИ G 01 S 7/36 / Б.Б. Поспелов, В.М. Созыкин, В.И. Рева - №4476988; Заявл. 15.06.88; Опубл. 8.02.90, экз. №336 - 3 с.

23. Устройство формирования весовых коэффициентов автокомпенсаторов помех: А.с. 1544021. СССР. МКИ G 01 S 7/36 / Б.Б. Поспелов, В.М. Созыкин, В.И. Рева - №4441860; Заявл. 15.06.88; Опубл. 15.10.89, экз. №332. - 3 с.: ил.

24. Многолучевая адаптивная антенная система: А.с. 1688329. СССР. МКИ Н 01 Q 3/26 / Б.Б. Поспелов, В.М. Созыкин, В.И. Рева, Ю.А. Вишняков, О.Б. Молчанов - №4733507; Заявл. 29.08.89; Опубл. 1.07.91, Бюл. №40. - 3 с.: ил.

25. Адаптивна антенна решітка: Патент 23307. Україна. МКИ H 01 Q 21/00 / Лисий М.І., Поспєлов Б.Б., Назаров Д.В. - №97052045; Заявл. 05.05.97; Опубл. 31.08.98; Бюл. №4. - 5 с.: іл.

26. Поспелов Б.Б. Вопросы теории и техники пространственно-временной обработки сигналов в аппаратуре приема и обработки информации // Тезисы докладов Межотраслевой НТК: Средства связи в авиации. - Горький, 1989. -С. 96-97.

АНОТАЦІЯ

Поспєлов Б.Б. Адаптація авіаційних радіотехнічних систем в умовах ситуаційної невизначеності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.12.17 - радіотехнічні та телевізійні системи. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського ХАІ, Харків, 2007.

У дисертації розвинуто теорію і методологію підвищення якості інформаційного обміну (ІО) в авіаційних радіотехнічних системах (АРТС) в умовах ситуаційної невизначеності (СН) та обмеженого частотно-енергетичного ресурсу, засновану на використанні нового класу динамічних трактів передачі інформації (ДТПІ), які адаптуються до СН. Запропоновано критерії оптимальності і математичні моделі ДТПІ, на основі яких розвинуто методологію їхньої погодженої і розмежованої адаптації при різних рівнях СН в АРТС. Розвинуто підхід на основі якого досліджено ефективність методів адаптації в динамічних умовах з урахуванням характеристик апертури. Запропоновано підхід до формування опорного сигналу у ДТПІ в умовах СН, заснований на використанні спектральної надмірності сигналів. Показано, що злагоджена адаптація ДТПІ дозволяє більш ніж на порядок (у порівнянні з адаптацією ДТПІ на приймальному боці) збільшити поточну пропускну здатність, знизити величину відносної середньої квадратичної похибки передачі сигналів й імовірність похибки прийому. Запропоновано підхід до модифікації методів адаптації, який дозволяє забезпечити підвищену локальну швидкість та якість адаптації в умовах істотної динаміки СН та наявності інструментальних похибок. Розроблено та досліджено макет адаптивного тракту обробки на приймальному боці ДТПІ.

Ключові слова: авіаційна радіотехнічна система, ситуаційна невизначеність, динамічний тракт передачі інформації, метод адаптації.

АННОТАЦИЯ

Поспелов Б.Б. Адаптация авиационных радиотехнических систем в условиях ситуационной неопределенности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского ХАИ, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена развитию теории и методологии повышения качества информационного обмена (ИО) в авиационных радиотехнических системах (АРТС) в условиях ситуационной неопределенности (СН) и ограниченного частотно-энергетического ресурса на основе адаптивного подхода. Под СН условий понимается неопределенность и существенная нестационарность помеховой обстановки, пространственной динамики объектов ИО, параметров среды распространения, а также условий излучения и приема сигналов и помех на авиационных объектах. Адаптивный подход реализуется на основе предлагаемых динамических трактов передачи информации (ДТПИ) с настраиваемыми характеристиками трактов пространственно-временной обработки (ТПВО) на передающей и приемной сторонах. Сформулированы системотехнические принципы адаптации ДТПИ к условиям СН. Предложены информационные критерии качества функционирования и цели адаптации ДТПИ.

Разработаны базовые композиционные модели ТПВО с настраиваемыми характеристиками направленности на передающей и приемной сторонах, а также среды распространения сигналов, позволяющие синтезировать агрегированные композиционные модели ДТПИ различной сложности. На основе базовых композиционных моделей получены параметризованные модели ДТПИ в пространстве состояний, позволяющие создавать модели ДТПИ с различными динамическими свойствами характеристик направленности управляемых передающих и приемных ТПВО, среды распространения, внешних помех, а также объектов передачи и приема информации.

На основе полученных моделей предложены методы согласованной и раздельной адаптации ДТПИ при различных уровнях СН в АРТС, позволяющие получать конструктивные процедуры адаптации для произвольной структуры ТПВО и апертур на передающей и приемной сторонах.

Проведен анализ эффективности методов адаптации приемных ТПВО в условиях нестационарности направлений приема сигнала и воздействия помех с учетом характеристик приемной апертуры, на основе которого определена зависимость допустимой величины нестационарности направлений от характеристик помеховой обстановки, ТПВО на приемной стороне и допустимого уровня флуктуаций настраиваемых параметров. Исследовано совместное влияние неидентичности характеристик направленности бортовых антенн в апертуре с учетом ее динамики на эффективность адаптации ДТПИ и показано, что в динамических условиях существенно возрастает среднее и среднеквадратичное отклонение относительной ошибки воспроизведения сигнала на выходе ДТПИ.

Предложен универсальный метод формирования опорного сигнала ДТПИ в условиях СН, основанный на использовании спектральной избыточности информационных сигналов. Получены непрерывные, дискретные и релейные процедуры адаптации ДТПИ на приемной стороне и исследована их эффективность применения.

Предложен подход к модификации методов адаптации ДТПИ на основе введения процедур обнаружения и оценки величины изменений СН и соответствующей коррекции методов, процедур периодически нестационарного усреднения текущих оценок градиента функционала качества и рандомизации процедур адаптации. Получены модифицированные процедуры, которые обеспечивают адаптацию ДТПИ к скачкообразным изменениям условий при наличии инструментальных ошибок на приемной стороне.

Моделированием установлено, что согласованная адаптация ДТПИ позволяет более чем на порядок (по сравнению с адаптацией ДТПИ на приемной стороне) увеличить текущую удельную пропускную способность, снизить величину относительной среднеквадратической ошибки передачи сигналов и вероятность ошибки в приеме символа, а модификация методов адаптации позволяет применять их в условиях существенной нестационарности. Возможность практической реализации предлагаемых методов и процедур адаптации подтверждается разработкой и лабораторными исследованиями макета адаптивного приемного ТПВО.

Ключевые слова: авиационная радиотехническая система, тракт пространственно-временной обработки, ситуационная неопределенность, удельная пропускная способность, метод адаптации, динамический тракт передачи информации.

ABSTRACT

Pospelov B.B. Adaptation of aviation radiosystems under conditions of situational uncertainty. - Manuscript.

Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in speciality 05.12.17 - Radio and television systems. - N.E. Zhukovsky National Aerospace University KhAI, Kharkiv, 2007.

The dissertation further develops the theory and methodology of information exchange quality improvement (QI) in aviation radiosystems (ARS) in conditions of situational uncertainty (SU) and in conditions of limited frequency-power resource. The theory is based on the employment of a new class of dynamic information transmission channels (DITC) adapted to SU.

The work suggests the optimality criteria and mathematical models for DITC and develops on their basis the methodology of their coordinated and delimitated adaptation at different SU levels in ARS. The work also proposes an approach to the formation of a reference signal in DITC based on spectral redundancy of signals. The dissertation shows that a coordinated adaptation of DITC allows to increase the current carrying capacity by a factor of ten and decrease the value of the relative root-mean-square signal transfer uncertainty and reception error probability.

Additionally, an approach is offered to a modification of adaptation methods, which allows to ensure an increased local speed and quality of adaptation in conditions of essential dynamics of SU with instrumental errors present. A model of adaptation channel processing on the receiving side has also been developed and investigated.

Keywords: airborne aviation radiosystem, situational uncertainty, dynamic information transmission channel, adaptation method.

Відповідальний за випуск В.В. Лукін

Підписано до друку 11.09.2007 р.

Умов. друк. арк.. 1,2. Замовлення 446.

Тираж 100 прим. Безкоштовно

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17

Видавничий центр “ХАІ”

61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17

Размещено на Allbest.ru