Алгоритм обробки сигналів для вертолітного широкосмугового шумового некогерентного радіовисотоміру

Abstract

Методом максимальної правдоподібності вперше синтезовано алгоритм вимірювання висоти польоту вертольоту або безпілотного літального апарату, заснований на обробленні широкосмугових та надширокосмугових імпульсних стохастичних сигналів. При формулюванні вихідних даних наведено математичні моделі зондуючого сигналу та прийнятого спостереження з врахуванням як різних варіантів реалізації вхідного тракту, які накладають обмеження на вигляд рівняння спостереження, так і геометрії за-дачі. Під час вирішення задачі знайдено та досліджено статистичні характеристики наведених моделей. Так, розрахована кореляційна функція спостереження містить інформацію і про час затримки сиг-налу, і про обвідну радіоімпульсу, що дозволяє отримати алгоритм визначення шуканого параметру дальності за одним з двох варіантів: диференціюванням функціоналу правдоподібності за часом затримки або за обвідною радіоімпульсу. Водночас уперше отримано рівняння обернення у частотній області для статистичних характеристик досліджуваних нестаціонарних процесів. Такі процеси виникають через наявність обвідної у радіоімпульсі. Важливою особливістю вирішеної задачі синтезу є використання шумового імпульсного передавача, який реалізує функцію підсвічування підстильної поверхні, а також урахування факту руйнування структури сигналу при його випромінені, розповсюдженні та відбитті. Таке руйнування форми сигналу робить неможливим синтез радару з алгоритмами внутрішнього когерентного оброблення при роботі на одну приймальну антену та вимагає пошуку інших варіантів обробки сигналів. Також використання у системі недетермінованого сигналу ускладнює формалізацію параметру часу затримки у функціоналі правдоподібності, оскільки у такому випадку опорний сигнал неможливо представити у вигляді моделі або аналітичного запису. У відповідності з синтезованим алгоритмом, розроблена імітаційна модель імпульсного радару зі стохастичним зондуючим сигналом та наведено результати її моделювання. Так, отриманий вихідний ефект системи повністю відповідає класичним теоретичним викладкам.

Методом максимального правдоподобия впервые синтезирован алгоритм измерения высоты полета вертолета или беспилотного летательного аппарата, основанный на обработке широкополосных и сверхширокополосных стохастических импульсных сигналов. При формулировании исходных данных приведены математические модели зондирующего сигнала и принятого наблюдения с учетом как различных вариантов реализации входного тракта, налагающих ограничения на вид уравнения наблюдения, так и геометрии задачи. При решении задачи найдены и исследованы статистические характеристики приведенных моделей. Так, рассчитанная корреляционная функция наблюдения содержит информацию и о времени задержки сигнала, и об обводной радиоимпульсе, позволяющей получить алгоритм определения искомого параметра дальности по одному из двух вариантов: дифференцировке функционала правдоподобия по времени задержки или по обводному радиоимпульсу. В то же время впервые получено уравнение обращения в частотной области для статистических характеристик изучаемых нестационарных процессов. Такие процессы возникают из-за наличия обводной в радиоимпульсе. Важной особенностью решенной задачи синтеза является использование шумового импульсного передатчика, реализующего функцию подсветки подстилающей поверхности, а также учет факта разрушения структуры сигнала при его излучении, распространении и отражении. Такое разрушение формы сигнала делает невозможным синтез радара с алгоритмами внутренней когерентной обработки при работе на приемную антенну и требует поиска других вариантов обработки сигналов. Также использование в системе недетерминированного сигнала затрудняет формализацию параметра времени задержки в функционале правдоподобия, поскольку в таком случае опорный сигнал невозможно представить в виде модели или аналитической записи. В соответствии с синтезированным алгоритмом разработана имитационная модель импульсного радара со стохастическим зондирующим сигналом и приведены результаты ее моделирования. Так, полученный исходный эффект системы полностью отвечает классическим теоретическим выкладкам.