Разработка статистической модели и исследование адаптивных алгоритмов защиты от комбинированных помех

Разработка статистической модели и исследование адаптивных алгоритмов защиты от комбинированных помех

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Устройства, принципы и алгоритмы защиты от комбинированных  помех

.1 Общие сведения о радиолокационных системах

.2 Краткая характеристика комбинированных помех

.3 Алгоритмы и устройства зашиты от комбинированных помех

. Разработка статистической модели и исследование адаптивных алгоритмов защиты от комбинированных помех

.1 Принципы статистического (имитационного) моделирования измерительных радиолокационных систем в условиях воздействия комбинированных помех

.2 Разработка статистической модели адаптивной РЛС с линейной ФАР

.3 Исследование алгоритмов защиты от комбинированных помех

. Технико-экономическое обоснование работы

.1 Структура затрат на элементы входящие в систему

.2 Оценка экономической эффективности исследуемых алгоритмов экспертным методом

. Безопасность и экологичность

.1 Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека

.2 Нормирование параметров микроклимата

Заключение

Список использованных источников

радиолокационный помеха статистическое моделирование

ВВЕДЕНИЕ

Радиолокация представляет собой отрасль радиотехники, обеспечивающую получение сведений об объектах путем приема и анализа энергетических, пространственно-временных, поляризационных и частотных параметров электромагнитных колебаний (радиоволн). Объекты радиолокации называют радиолокационными целями, к которым относят:

а) аэродинамические (самолеты, вертолеты, крылатые ракеты и пр.);

б) космические (спутники, баллистические ракеты и пр.);

в) наземные (надводные) объекты - автомобили, танки, корабли и пр.;

г) объекты природного происхождения (облака, лесные и горные массивы, природные ионосферные аномалии, планеты и пр.).

Совокупность получаемых сведений об объектах называют радиолокационной информацией (РЛИ). Поэтому термину «радиолокационная цель» придают информационное содержание. В основе получения РЛИ находится некоторая совокупность радиолокационных методов, обеспечивающих выявление следующих сведений о целях: пространственных координат и законов их изменения во времени (траекторий цели); радиальной скорости, государственной принадлежности и типа (класса) цели.

Для реализации радиолокационных методов создаются специальные радиотехнические средства, называемые радиолокационными станциями (РЛС). Совокупность нескольких разнофункциональных РЛС (например, дальномера и радиовысотомера) называют радиолокационным комплексом (РЛК).

Радиолокационные станции обзорного типа ведут обзор воздушного пространства в некоторой области воздушного пространства, называемого зоной обнаружения РЛС. В процессе обзора они решают комплекс задач радиолокационного наблюдения, включающий обнаружение объекта локации на фоне внутренних шумов приемного устройства и внешних помех, измерение его пространственных координат (азимута, дальности, угла места или высоты) и параметров движения (радиальной скорости), разрешение по координатам близко расположенных целей, определение государственной принадлежности по принципу «свой - чужой», распознавание классов объектов по принципу «крылатая ракета - истребитель - бомбардировщик», обнаружение (завязка) трасс целей и их автоматическое сопровождение (для обзорных РЛС с цифровой обработкой сигналов, содержащих элементы вторичной обработки сигналов).

Радиолокационные станции сопровождения, в отличие от РЛС обзорного типа, решают задачи автоматического сопровождения одной или нескольких целей по угловым координатам, дальности и скорости. В таких РЛС принципиально важными техническими устройствами являются угловые, временные и частотные дискриминаторы, обеспечивающие формирования сигнала ошибки (так называемой невязки), пропорционального величине отклонения измеряемой координаты от заданного (опорного) значения. Сигнал ошибки, пройдя цепи сглаживания и фильтрации, используется в контуре слежения за целью для уменьшения степени отклонения измеряемого параметра сопровождаемой цели от его истинного значения.

Современный этап развития радиолокационных систем характеризуется наличием широкого класса внешних активных и пассивных помех, а так же их разнообразных комбинаций.

Защита РЛС различного назначения от радиопомех представляет собой одну из важнейших проблем, возникающих как при разработке, так и при использовании в боевой работе. Данная проблема обусловлена прежде всего увеличением количества радиоэлектронной аппаратуры и разнообразием выполняемых ее задач, вследствие чего возрос уровень взаимных помех. Помехи создаются также промышленными предприятиями, электробытовыми приборами, а так же быстро развивающимися методами и средствами радиопротиводействия, использующие многообразие типов преднамеренных радиопомех, снижающих эффективность выделения полезных сигналов. Помеховая обстановка, в которой приходится работать современным РЛС, характеризуется наличием комбинированно взаимодействующих многообразных видов помех, имеющих, как естественное, так и искусственное происхождение.

За прошедшее время были разработаны и внедрены в использование эффективные алгоритмы и устройства (оптимальные фильтры с постоянными параметрами) подавления помех с известной априорной информацией. Для борьбы с РЛС использующие такие устройства и алгоритмы, силы и средства радиопротиводействия стали использовать комбинированные помехи, параметры которых априори не определены.

Комбинированные помехи представляют собой комбинации различных видов активных и пассивных помех, и полезного сигнала, которые подразделяются на:

 аддитивные - чаще называют шумом, представляет собой сумму полезного сигнала, активной и пассивной помех;

 мультипликативные - действие которых проявляется в нерегулярном изменении уровня сигнала;

 полуактивные - создаются облучением активными помехами пассивных отражающих структур.

Для борьбы с комбинированными радиопомехами разработаны и разрабатываются эффективные средства их фильтрации (подавления).

Фильтры, используемые для решения задач подавления помех, могут иметь постоянные параметры или быть адаптивными. Синтез фильтров с постоянными параметрами обязательно основан на априорных сведениях о сигнале и помехи, и адаптивные фильтры обладают свойством автоматически перестраивать свои параметры, и при их синтезе почти не требуется априорных сведений о свойствах сигнала и помехи, таковыми и являются комбинированные помехи.

Адаптивные фильтры используют вспомогательный или эталонный входной сигнал, получаемый от одного или нескольких источников, располагаемых в тех точках поля помех, где сигнал является слабым или не обнаруживается. Этот входной сигнал помехи фильтруется и выделяется из смеси сигнала и помехи. В результате исходная помеха подавляется или ослабляется.

На первый взгляд выделение помехи из принятого сигнала имеет свои отрицательные стороны. При неправильной фильтрации может возрасти мощность помехи на выходе системы. Однако во многих случаях при управлении фильтрацией и выделении помехи с помощью соответствующего адаптивного алгоритма подавления помех, часто можно достичь такого положительного результата, которого трудно или невозможно прямыми методами фильтрации.

В последующем, из-за необходимости работы в условиях воздействия помех с нескольких точек пространства и ослабления влияния ошибок амплитудно-фазового распределения фазированных антенных решеток (ФАР), акценты и приоритеты в развитии адаптивного обнаружения сместились в сторону комбинированных алгоритмов, использующих одновременно текущую оценку матрицы, обратной корреляционной матрице помех, и корреляционную обратную связь [2]. В последнее время развитие алгоритмов адаптивного обнаружения связано с применением элементов искусственного интеллекта, в том числе и так называемых нейронных сетей.

Практическая ценность того или иного алгоритма защиты заключается не только в высокой эффективности, но и в возможности их технической реализации с минимально необходимыми вычислительными или аппаратурными затратами в реальном масштабе времени.

Техническая реализация быстродействующих адаптивных алгоритмов защиты на базе ФАР с оценкой обратной корреляционной матрицы помех, связана со значительными техническими трудностями. В то же время, имеющиеся в настоящее время современные вычислительные средства с соответствующим программно-математическим обеспечением и быстродействием позволяют обойтись без весьма затратных натурных экспериментов и провести достоверную экспериментальную проверку синтезированных алгоритмов и измерительных устройств на основе  верифицированных статистических моделей.

Целью дипломной работы является исследовать найденные алгоритмы обеспечивающие защиту от комбинированных помех и удовлетворяющие техническому заданию дипломной работы. Исследование будет проводиться по критериям быстродействия и максимального подавления помехи.

Для достижения цели дипломной работы необходимо выполнить следующие задачи:

Произвести обзор литературы, поиск и анализ алгоритмов, которые можно применить для защиты от комбинированных помех.

Разработка структурных схем и математических моделей алгоритмов защиты от комбинированных помех.

Разработка статистической модели алгоритмов для исследования по критериям быстродействия и максимального подавления.

В главе 1 будут приведены: общие сведения о измерительных радиолокационных системах, характеристика комбинированных помех, выполнен обзор литературы, поиск алгоритмов и их анализ.

В главе 2 будет произведена разработка статистической модели алгоритмов для исследования по критериям быстродействия и максимального подавления, а также проведено само исследование.

В главе 3 будет выполнено технико-экономическое обоснование работы.

Глава 4 будет посвящена безопасности и экологичности проекта.

1. Устройства, принципы и алгоритмы защиты от комбинированных помех.

.1 Общие сведения о радиолокационных системах

В общем случае под радиолокационными системами принято понимать совокупность средств радиолокации предназначенных для информационного обеспечения процессов радиолокационной разведки, радиолокационного контроля и изучения наземного, воздушного и космического пространства страны в интересах успешного решения задач оборонного, научно-технического и социально-экономического характера. Подсистемы зондирования пространства, управления обзором, защиты, контроля и другие подсистемы, непосредственно входят в состав радиолокационных станций (РЛС).

К задачам оборонного характера относятся противовоздушная, противоракетная и противокосмическая оборона, а также предупреждение о ракетном нападении, осуществляемые с целью безусловного сохранения свободы, независимости и государственной целостности страны. К задачам научно-технического характера относятся исследование средствами радиолокации ближнего и дальнего космоса, вещественно-полевой и гравитационной структуры вселенной, компонентного состава и форм взаимодействия планет солнечной системы и ближайших галактик и др. К задачам социально-экономического характера относятся управление воздушным движением гражданской авиации, картографирование рельефа местности и приземного слоя, метеорологическое наблюдение за состоянием атмосферы, орнитологический контроль за миграцией птиц и другое.

РЛС являются первичным источником радиолокационной информации. Они осуществляют радиолокационный обзор пространства, сбор и первичную обработку информации об объектах локации и их автоматическое сопровождение по координатам.

В целом процесс обработки радиолокационной информации в радиолокационной системе включает следующие функционально законченные операции [1,4]:

а) Обнаружение полезных (отраженных от цели) сигналов состоит в принятии решения о наличии или отсутствии цели в каждом выделенном элементе пространства с минимальными вероятностями ошибок;

б) Измерение состоит в оценке координат и других параметров движения целей с минимальными вероятными погрешностями. В процессе этой операции как показано на рисунке 1.1, производится статистическая оценка дальности до цели  (например, по задержке отраженного сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала), ее азимута  и угла места , закодированных в параметрах пространственно-временной модуляции отраженного сигнала;

Рисунок 1.1 - Принцип радиолокационного наблюдения.

Могут измеряться отдельные производные координат:

в) Радиальная скорость  (или по доплеровскому сдвигу частоты отраженного сигнала относительно частоты зондирующего сигнала для РЛС с разрешением по радиальной скорости);

г) Элементы траектории и другое;

д) Разрешение заключается в обнаружении и измерении параметров произвольной цели в присутствии других целей. Разрешающую способность по координатам характеризуют разрешаемым объемом с определенными конфигурацией и размерами. Последние устанавливают так, чтобы показатели качества обнаружения и измерения параметров цели, расположенной в центре данного объема, практически не ухудшались при наличии целей в соседних. Разрешаемый объем импульсного радиолокатора называют импульсным объемом. Наряду с разрешением по координатам возможно разрешение по их производным (например, по радиальной скорости ) и по траекториям;

е) Классификация состоит в установлении принадлежности цели к определенному классу. В одних случаях выявляют принадлежность «свой - чужой» с помощью запросно-ответных устройств опознавания, установленных на своих объектах, в других случаях распознают класс цели (например, бомбардировщик, истребитель, крылатая ракета, головка баллистической ракеты, ложные цели и другое.), не отвечающей на запрос.

Операции с «а» по «г» выполняются на основе сигналов, полученных в текущем периоде (цикле) обзора РЛС. Совокупность этих операций составляет содержание первого этапа обработки, называемого первичной обработкой РЛИ;

ж) Определение траектории цели по совокупности радиолокационных отметок, полученных в ряде последовательных периодов обзора РЛС. В процессе выполнения этой операции необходимо установить принадлежность нескольких отметок из различных периодов обзора к одной цели, принять по ним однозначное решение о наличии или отсутствии цели, а также вычислить начальные значения параметров траектории обнаруженной цели.

з) Слежение за траекторией цели (сопровождение цели). В процессе слежения за траекторией необходимо в каждом обзоре отобрать новые отметки для продолжения траектории и уточнить параметры траекторий с учетом координат новых отметок.

д) Траекторные расчеты по каждой (или части) из находящихся на сопровождении целей в интересах потребителей радиолокационной информации. Сюда относятся точное сглаживание и прогнозирование (экстраполяция) параметров траекторий на рубеже принятия окончательных решений, определение районов старта и падения баллистических целей и другое.

Операции с «ж» по «д» выполняются пообзорно на основе радиолокационных сигналов, полученных в процессе первичной обработки информации, в общем случае нескольких РЛС и называется вторичной обработкой РЛИ.

и) Объединение информации от нескольких источников (отдельных РЛС или групп РЛС, имеющих общую систему вторичной обработки) является третьим этапом обработки РЛИ. В процессе объединения информации решаются задачи отождествления (идентификации) траекторий, полученных от нескольких источников по одной и той же цели, и вычисления параметров объединенных траекторий.

В основе процедуры получения первичной РЛИ о радиолокационных целях лежит явление радиолокации - диффузного отражения электромагнитных волн от границы раздела двух сред с различной диэлектрической и магнитной проницаемостью. Термин «радиолокация» составлен из латинских слов «lokus» - место и «radio» - излучение, характеризующих важнейшую из решаемых задач и путь решения. Применяются электромагнитные излучения метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Диапазон волн (частот) непрерывно расширяется.

На РЛС воздействуют помехи природного происхождения (естественные), от других радиоэлектронных средств (взаимные), а в ряде случаев - организованные (умышленные). Роль взаимных помех возросла в связи с внедрением различных радиоэлектронных средств в народное хозяйство и военную технику; стало актуальным обеспечение их электромагнитной совместимости. Поэтому одной из важнейших задач современной теории и техники радиолокации является повышение помехозащищенности РЛС, то есть поддержание качества РЛИ в помеховых ситуациях на допустимом уровне. Для решения этой задачи используют различные меры защиты от помех - приспособления (адаптации РЛС) к помеховой обстановке. Сами помехи несут информацию о целях - их постановщиках, пригодную для извлечения. Целесообразное объединение радиолокационных средств в системы - одна из мер повышения качества информации в сложных конфликтных ситуациях. Таким образом, усложнение условий работы, необходимость повышения качества радиолокационного наблюдения и живучести РЛС и систем требуют всестороннего использования современных возможностей получения радиолокационной информации в пределах допустимых экономических затрат.

Носителями информации о целях являются принимаемые радиолокационные сигналы. Прием радиолокационных сигналов обеспечивается в результате вторичного излучения, переизлучения или собственного излучения радиоволн.

При любом из методов радиолокации приходящие сигналы часто оказываются слабыми. Особенно это относится к активной радиолокации с активным ответом, где имеет место двукратное рассеяние энергии: на пути до цели и обратно. Для выделения слабых сигналов принимают ряд мер: увеличивают по возможности габариты передающей и приемной антенн, среднюю мощность зондирующих колебаний; применяют высокочувствительные (малошумящие) входные элементы радиоприемных устройств. Оптимизируют наряду с этим обработку принимаемых колебаний с учетом внешних помех и внутренних шумов приемника. Оптимизация обработки означает наилучший (в статистическом смысле) учет взаимных различий сигналов и помех, что оказывается существенным при обнаружении и измерении.

.2 Краткая характеристика комбинированных помех

Комбинированные помехи представляют собой комбинации различных видов активных и пассивных помех. Их проявление на индикаторе кругового обзора очень сильно похоже на активные помехи, так как мощность активной помехи в этой комбинации превосходит пассивную помеху. Но применение для борьбы с комбинированными помехами только одних алгоритмов защиты от активных помех не даст ожидаемого эффекта, так как пассивная помеха остается не подавленной, и наоборот применение только алгоритмов защиты от пассивных помех не исключит влияние активной помехи. Поэтому необходимо исследовать и разрабатывать алгоритмы, которые эффективно бы подавляли активную и пассивную помехи.

Активные помехи как показано на рисунке 1.2, по временной структуре подразделяются на непрерывные шумовые, прерывистые шумовые и импульсные. В свою очередь, импульсные помехи по результату воздействия на систему первичной обработки сигналов РЛС подразделяются на маскирующие и имитирующие. Активные маскирующие и имитирующие помехи, как правило, являются аддитивными, то есть являются помехами, мгновенные значения которых являются суммой мгновенных значений двух или более случайных процессов, взятых в один и тот же момент времени [5,6].

Непрерывные шумовые помехи по наличию внешней модуляции делятся на прямошумовые помехи и помехи, модулированные шумом.

Прямошумовые помехи (так называемые «белые» гауссовские шумы). Характерной особенностью прямошумовой помехи является то, что все ее параметры - амплитуда, фаза и несущая частота изменяются по случайным законам. Обычно у этих сигналов ширина спектра много меньше значения несущей частоты, в связи с чем их часто называют квазигармоническими шумами. Модулированные шумовые помехи принято разделять по виду модулируемого параметра несущего колебания на амплитудно-модулированные шумовые помехи (АМШП), фазомодулированные шумовые помехи (ФМШП) и частотно-модулированные шумовые помехи (ЧМШП). Фазомодулированные шумовые помехи представляют собой высокочастотные колебания, мгновенное значение начальной фазы которых изменяется во времени по закону изменения напряжения модулирующего шума. Важнейшими преимуществами ФМШП по сравнению с АМШП являются отсутствие (при достаточно глубокой модуляции) в ее спектре ярко выраженного несущего колебания и возможность простым изменением коэффициента усиления модулятора в весьма широких пределах (десятки-сотни мегагерц) менять ширину спектра помехового сигнала без расширения спектра модулирующего шума.

Частотно-модулированные шумовые помехи представляют собой непрерывные колебания, у которых текущее значение частоты меняется по закону модулирующих шумов. Преимущество ЧМШП относительно АМШП состоит в том, что изменением напряжения модулирующих шумов можно в широких пределах изменять ширину спектра выходного сигнала, ставя передатчик помех в режим создания прицельных или заградительных по частоте помех. Для создания заградительных по частоте помех применяют преимущественно ЧМШП, у которых ширина спектра много больше полосы пропускания приемника РЛС.

Воздействие активных шумовых помех. При достаточно большом динамическом диапазоне приемника шумовые колебания создают эффект, аналогичный резкому увеличению внутреннего шума, что затрудняет обнаружение и измерение параметров радиолокационного сигнала. Очень мощные активные помехи, как и взаимные, могут воздействовать по побочным каналам приема. Если динамический диапазон приемника недостаточен и имеет место амплитудное ограничение сигнала (особенно в последних каскадах УПЧ), то отношение сигнал/помеха еще более ухудшается. По мере увеличения интенсивности помех может произойти полное подавление сигнала. Поэтому воздействие маскирующей помехи при малом динамическом диапазоне приемника особенно опасно. Но даже и при очень большом динамическом диапазоне приемника воздействие помехи может значительно ухудшить или полностью помешать обнаружению или сопровождению цели.

Рисунок 1.2 - Вариант классификации умышленных радиоэлектронных помех.

На рисунке 1.3 показано сечение зоны обнаружения РЛС в горизонтальной плоскости в отсутствие и при наличии внешних помех, где:

  - соответственно дальность действия РЛС без помех и в условиях действия помех;

 - так называемый сектор эффективного подавления РЛС (сектор максимального снижения дальности обнаружения РЛС).

На рисунке 1.4 показан вид индикатора кругового обзора РЛС при наличии и отсутствии активных помех, принимаемых как основным, так и боковыми лепестками диаграммы направленности (ДН) приемной ФАР.

Рисунок 1.2 - Изменение зоны обнаружения РЛС при воздействии одного (а) и нескольких (б) источников активных помех.

Рисунок 1.4 - Вид индикатора РЛС при наличии (а) и при отсутствии (б) активных помех.

Импульсные активные помехи как показано на рисунке 1.2 в зависимости от регулярности повторения во времени могут быть синхронными (период повторения помех соответствует периоду повторения зондирующего сигнала) и несинхронными. Постановка импульсных помех может вестись в целях имитации ложных целей или маскировки основных целей. В качестве импульсной помехи может использоваться принятый, условный или излученный бортовой станцией помех сигнал, приближающийся по основным параметрам к зондирующему сигналу РЛС. Такие помехи называются ответно-импульсными (ОИП). За счет значительной мощности ОИП, возможен ее прием по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны РЛС. При этом эффективность ОИП значительно повышается.

Ответные помехи могут быть однократными, когда на каждый зондирующий сигнал РЛС излучается один ответный импульс, и многократными, когда на каждый зондирующий сигнал РЛС передатчик помех излучает серию ответных сигналов. Для эффективного подавления системы автосопровождения по дальности (АСД) РЛС сопровождения необходимо, чтобы период повторения размноженного сигнала был соизмерим со значением разрешающей способности этой РЛС по дальности, что требует большой мощности помехи.

Помехи, уводящие по дальности. Они имитируют ложную цель, летящую со скоростью, отличающейся от реальной скорости источника помех, и находящуюся на расстоянии от РЛС, на котором цели нет. Если на входе приемника РЛС мощность помехи много больше мощности сигнала, то система АСД переходит в режим сопровождения помехи при разумно выбранной скорости изменения ее времени запаздывания. При этом как дальность до цели, так и скорость сближения с ней измеряются с существенными ошибками. Для нарушения работы системы АСД режим работы станции помех, уводящих по дальности, наряду с циклом увода включает интервал «молчания», т.е. выключенного состояния станции помех. Влияние уводящей по дальности помехи не ограничивается каналом сопровождения по дальности. За время памяти и поиска система автосопровождения по угловым координатам, не получая информации о движении цели, может потерять цель за счет выхода ее за пределы ДН антенны РЛС. В этом и заключается главный смысл создания данной помехи.

Помехи, уводящие по скорости (по частоте Доплера). Такие помехи создаются в конечном итоге для нарушения работы системы сопровождения по угловым координатам. Здесь существует полная аналогия с созданием помех, уводящих по дальности. Сущность процессов, происходящих в станции уводящих по частоте помех, сводится к ретрансляции сигнала подавляемой РЛС с изменяющимся во времени смещением его по частоте по определенному (линейному или параболическому) закону. Величина увода по доплеровской частоте может составлять, например, 20 кГц за 5 с, что эквивалентно ускорению ложной цели с перегрузкой 5g. В процессе увода системы автоматического сопровождения по скорости (АСС) следящий угломер сопровождает источник помех без ошибок. После выключения станции помех начинается процесс поиска сигнала по частоте, в течение которого система автоматического сопровождения по угловому направлению отключена. Цель не сопровождается, благодаря чему появляется ошибка сопровождения цели по угловым координатам, что является основным эффектом создания уводящих помех. Увод по дальности и скорости может использоваться как по отдельности, так и совместно.

Следует подчеркнуть, что помимо рассмотренных выше преднамеренных существуют и непреднамеренные импульсные помехи, к которым относятся взаимные помехи близко расположенных РЛС, а также помехи от различной излучающей аппаратуры близкого диапазона длин волн.

Как известно, пассивные помехи, вид которых показан на рисунке 1.5, являются следствием отражения радиоволн от неоднородностей среды распространения. Неоднородность, как правило, образуют такие явления как: метеорологические образования (гидрометеоры - грозовые облака, дождь, снег); облака дипольных отражателей, отражения от поверхности земли, предметов и сооружений находящихся на ней. При этом происходят ослабление и рассеяние излученного сигнала, сигнал приобретает случайный фазовый сдвиг. Если размеры неоднородности таковы, что внутри нее можно выделить несколько не разрешаемых областей, дающих независимые отражения, эхосигнал от неоднородности в целом будет представлять собой нормальный случайный процесс. Метеообразования и облака дипольных отражателей являются распределенными объектами. Поэтому отраженный сигнал будет много большим по длительности, чем зондирующий сигнал. Это явление называют временным рассеянием.

Спектр такого сигнала для любого из разрешаемых элементов может быть записан в виде свертки спектра зондирующего сигнала и доплеровского спектра помехи, показывающего, по сути, распределение векторов радиальных скоростей движения фрагментов метеообразования. Скорость и траектория движения фрагментов метеообразования во многом определяется ветром.

Дипольные отражатели представляют собой тонкие металлизированные пассивные вибраторы, резонансная частота которых совпадает (или близка) с несущей частотой подавляемой РЛС. Если число диполей, попавших в импульсный объем подавляемой РЛС велико, а размеры облака значительны, то помеховый сигнал оказывается существенно интенсивнее сигнала, поступающего от цели (например, самолет), находящегося внутри этого облака. Отражения от метеообразований схожи с дипольными отражателями.

Местные предметы и отражения от поверхности земли в ближней зоне действия РЛС относятся к естественным пассивным помехам которые не меньше преднамеренных ухудшают съем достоверной информации, с ними тоже необходимо бороться.

Рисунок 1.5 - Вид индикатора РЛС при наличии (а) и при отсутствии (б) пассивных помех.

Из краткого качественного рассмотрения примеров создания радиопомех РЛС можно сделать вывод, что подавление радиолокационных устройств внешними помехами существенно снижает эффективность функционирования измерительных РЛС. Отсюда следует необходимость принятия соответствующих мер помехозащиты, которые препятствовали бы действию радиопомех на приемные тракты РЛС.

.3 Алгоритмы и устройства зашиты от комбинированных помех

По результатам патентного исследования определено что от комбинированных помех известны следующие способы защиты:

Защита одновременно от всех видов помех выполняемое в одном устройстве без разделения на последовательную или параллельную структуру.

Защита от комбинированных помех путем разделения обработки в пространственной и временной областях с последующим накоплением сигналов в оптимальном фильтре на фоне собственных шумов.

Осуществление подавления активной помехи на фоне пассивной за счет различий спектров принимаемых сигналов с последующим подавлением пассивной помехи.

Первый способ является трудным и практически нереализуемым как программно, так и аппаратно, по причине невозможности создания полной идентичности всех многоканальных компенсационных устройств, осуществляющих как пространственную, так и временную обработку сигналов. По этой причине самые распространенные второй и третий способы.

Во втором способе последовательно при обработке в пространственной области осуществляется компенсация активной составляющей комбинированной помехи (активная помеха). В последующем осуществляется подавление пассивной составляющей комбинированной помехи во временной области.

При реализации третьего способа так же при пространственной обработке осуществляется компенсация активной помехи, но в отличие от второго способа обеспечивается минимальное изменение в спектральной составляющей пассивной помехи. Это достигается двумя путями:

Первый заключается в не постоянной, а периодической оценке активной помехи в моменты времени, когда пассивная помеха отсутствует. У данного способа есть недостаток, это - существенное уменьшение коэффициента подавления активной помехи.

Удаление (подстройка устройства компенсации) активной помехи таким образом, чтоб не затрагивались спектральные составляющие пассивной помехи.

В последующем подробнее рассмотрим второй и третий способы защиты от комбинированных помех.

Если помеха - гауссов процесс и на входе приемного тракта состоит из аддитивной смеси собственного белого шума, пассивной коррелированной помехи и активной помехи, то результирующую спектральную плотность помехи можно представить в виде

Коэффициент передачи системы оптимальной обработки для этого случая:

.       (1.1)

Соотношение (1.1) соответствует последовательному включению трех фильтров: оптимального для обнаружения сигнала на фоне «белого» шума, «обеляющего» коррелированную пассивную помеху и компенсирующего активную помеху. Однако уравнение компенсирующего фильтра (третий сомножитель в (1.1)) показывает, что оно отображает устройство, у которого фильтр включен в цепь отрицательной обратной связи между выходом «обеляющего» фильтра и входом всего устройства, как показано на рис. 1.6 а).

Обозначим  спектральную плотность мощности собственных шумов. Тогда алгоритм для коэффициента передачи оптимального фильтра запишем в виде

,

где  - спектр ожидаемого сигнала.

Это соотношение можно представить так:

.               (1.2)

Структура фильтра изображена на рис. 1.6.

Таким образом, подтверждается известная теория борьбы с пассивными помехами путем обеления коррелированных помех и с активными помехами - методами компенсации помех на входе пространственно-временного фильтра. Более того, при априорной неизвестности относительно параметров пассивных или активных помех структура фильтра стремиться к устройствам автокомпенсации помех.

Рис. 1.6 Структура фильтра для приема сигнала на фоне комбинированных помех: а) - при воздействии комбинированных помех; б) - при воздействии только пассивных помех; в) - при обнаружение сигнала на фоне только собственного шума.

Это алгоритм защиты от комбинированных помех относится к второму способу. Еще один алгоритм представляет из себя следующее:

К настоящему времени сложились три модификации подсистем когерентной оптимальной обработки сигналов на фоне внешних точечных (локальных) активных помех:

а) с компенсацией помех на выходах элементов приемной антенны за счет использования в процессе их подавления так называемых обучающих выборок помеховых сигналов;

б) с компенсацией помех на выходах сформированных вспомогательных пространственных каналов с предварительной пеленгацией источников активных помех

в) с компенсацией помех на выходах вспомогательных пространственных каналов без предварительной пеленгации источников активных помех;

В настоящее время наибольшее распространение при защите РЛС от активных помех получил первый вариант построения помехозащиты, как наиболее простой и эффективный.

При реализации этого варианта защиты в оптимальном тракте на выходах элементов приемной антенны устанавливаются одноканальные или многоканальные автокомпенсационные системы с коэффициентами передачи, обеспечивающими подавление активных помех, принятых как боковыми, так главным лепестками ДН. Всю необходимую информацию о помеховой обстановке здесь получают из обучающих выборок в процессе оценки этой корреляционной матрицы либо ее отдельных элементов. Эти методы, называемые методами когерентной пространственной селекции, реализует отличия сигналов и помех в направлении прихода.

Диаграмма направленности вспомогательной (дополнительной) антенны перекрывает боковые лепестки диаграммы направленности основной антенны как показано на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Диаграммы направленности основной и вспомогательной антенн.

Рисунок 1.8 - К пояснению разности хода  РЛС.

Как видно из рисунка 1.7 и рисунка 1.8, помеховые колебания, принятые боковыми лепестками основной антенны, коррелированны с помеховыми колебаниями, принятыми вспомогательной антенной, но отличаются друг от друга интенсивностью и начальной фазой , обусловленный разностью хода  и вычисляют по формуле (1.3).

Для того чтобы обеспечить когерентное вычитание помехи, принятой вспомогательной антенной из помехи, принятой боковыми лепестками диаграммы направленности основной антенны необходимо предварительно обеспечить равенство этих помех по амплитуде и фазе.

                       (1.3)

где  - расстояние между фазовыми центрами основной и вспомогательной антенн;

 - направление максимума основной антенны;

 - азимут источника помехи.

Проведем синтез структурной схемы одноканального корреляционного автокомпенсатора помех. С этой целью обозначим напряжение на входе основного канала как показано на рисунке 1.9, через , вспомогательного (дополнительного) - через , а напряжение на выходе сумматора - через .

Рисунок 1.9 - К выводу уравнения автокомпенсатора

Синтез структурной схемы одноканального корреляционного автокомпенсатора помех вычисляется по формуле (1.4)

,                                               (1.4)

где  - комплексный коэффициент передачи помехи в компенсационном канале, обеспечивающий выравнивание помех основного и компенсационного каналов по амплитуде и фазе.

Напряжение сигнала основного канала представляет собой аддитивную смесь внутреннего шума, непрерывной активной помехи, принятой основным лепестком и боковыми лепестками, и полезного сигнала, принятого основным лепестком ДН с направления, отличного от направления прихода помехи. Напряжение сигнала дополнительного (компенсационного или вспомогательного) канала представляет собой аддитивную смесь внутреннего шума и непрерывной активной помехи. В силу слабой направленности антенны компенсационного канала напряжением эхо-сигнала в этом канале можно пренебречь.

Очевидно, что средний квадрат напряжения (дисперсия помехи) на выходе компенсатора имеет вид и вычисляется по формуле (1.5)

,                       (1.5)

Найдем экстремум полученного выражения, то есть выясним, при каком значении  величина  (дисперсия помехи на выходе автокомпенсатора) будет минимальной. Для этого, вычислив производную по формуле (1.6)

,                                              (1.6)

Найдем экстремум полученного выражения который вычисляется по формуле (1.7)

,                      (1.7)

Примечание - Здесь и далее черта над выражением означает усреднение случайных процессов по ансамблю реализаций.

От сюда оптимальный комплексный коэффициент передачи компенсационного канала вычисляется по формуле (1.8) и равен

,                        (1.8)

где  ≤ 1 - коэффициент взаимной корреляции помех основного и компенсационного каналов;

- среднеквадратическое значение помехи в основном канале;

- среднеквадратическое значение помехи в компенсационном канале;

 - знак комплексного сопряжения.

На рисунке 1.10 представлен вид ИКО РЛС при действии на ее приемную антенну одного источника помех.

Рисунок 1.10 - Вид ИКО РЛС при выключенном (а) и включенном (б) автокомпенсаторе помех.

Очевидно, что при включении автокомпенсатора, во-первых, происходит подавление помехи, принятой боковыми лепестками ДН, и во-вторых, происходит сужение сектора эффективного подавления в области основного лепестка.

В целом действие автокомпенсаторов эквивалентно автоматическому формированию в результирующей диаграмме направленности антенны РЛС провалов, число которых соответствует числу разрешаемых по углу помехоносителей.

При действии в зоне обнаружения РЛС n источников помех с ряда направлений необходимо иметь i ≥ n дополнительных антенн, чтобы антенна  и антенны  образовывали n провалов для источников активных помех.

Одноканальный (с одним вспомогательным каналом) автокомпенсатор способен подавлять активную помеху, действующую лишь с одного направления. При одновременном действии в зоне обнаружения РЛС нескольких источников помех с разных направлений, необходим многоканальный автокомпенсатор.

Следует заметить, что многоканальные автокомпенсаторы в случае действия нескольких источников помех имеют большое время настройки, поэтому в современных РЛС находят применение автокомпенсаторы с числом вспомогательных каналов не более пяти, либо применяются оптимальные автокомпенсаторы, в которых прямое обращение матрицы заменяют алгоритмом текущего ее оценивания вида как показано в формуле (1.9) или формуле (1.10) [2]

 ,                        (1.9)

.                                           (1.10)

Устройство непрерывной оценки матрицы , реализующее алгоритм (1.10), представлено на рисунке 1.11. Зачерненными стрелками на рисунке показаны матричные связи.

Рисунок 1.11 - Устройство непрерывной оценки матрицы

Здесь введен преобразованный вектор (1.11) в котором устранена взаимная корреляция сигналов компенсационных каналов.

,                                                   (1.11)

,                                                  (1.12)

где матрица (1.12) - представляет собой матрицу текущей оценки матрицы;

Т  - определяет постоянную времени интегратора.

Необходимо подчеркнуть, что алгоритм (1.10) имеет и самостоятельное значение. Он может применяться в фазированной антенной решетки в качестве алгоритма компенсации помех. Такой алгоритм, с учетом его применения в ФАР, имеет вид формулы (1.13) или формулы (1.14)

                 ,                       (1.13)

                           .                                      (1.14)

В этом случае схема представленная на рисунке 1.11 преобразуется в схему адаптивной линейной ФАР представленную на рисунке 1.12, эквивалентную схеме, представленной на рисунке 20 [ 2 ]

Рисунок 1.12 - Структурная схема адаптивной линейной ФАР

где  - вектор комплексных амплитуд входного сигнала;

 - результат пространственной обработки входного сигнала (результат компенсации активных помех и когерентного накопления сигналов по элементам ФАР);

- вектор ожидаемого амплитудно-фазового распределения, управляющий положением луча адаптивной ФАР в пространстве;

- угловая координата, соответствующая положению максимума ДН линейной ФАР.

Таким образом лучшим компенсатором активной составляющей комбинированных помех в пространственной области является адаптивная линейная ФАР.

В общем виде задача адаптивной обработки пассивной помехи во временной области сводится к обелению спектра помех в фильтре с адаптивно изменяющимися коэффициентами и последующему накоплению сигнала на частоте Доплера. Эффективность обработки определяется значением коэффициента улучшения отношения сигнал/помеха или вероятностными характеристиками обнаружения сигнала на выходе системы обработки. Коэффициенты оптимального адаптивного обеляющего фильтра определяются в результате выполнения достаточно сложных в вычислительном отношении операций оценки матрицы ковариации помех, ее разложения на произведение треугольных матриц и их обращения. Поскольку эти операции необходимо выполнять с высокой скоростью в реальном масштабе времени, будут предложены различные способы упрощения такой обработки.

Указанным сигналам и большей части видов помех РЛС а достаточной степени соответствует алгоритм обнаружения, основанный на сравнении с порогом С статистики Хотеллинга:

                                            (1.15)

где - вектор принятых в данном элементе разрешения по дальности комплексных амплитуд смеси сигналов и помехи в N периодах пачки; - оценка эрмитовой матрицы ковариации помех; - знак комплексного сопряжения и транспонирования.

Представляя известным способом матрицу, обратную матрице ковариации, в виде произведения верхней и нижней треугольных матриц, получаем алгоритм

                                          (1.16)

Записанный в данном виде алгоритм сводится к выполнению операций обеления спектра помех в адаптивном матричном фильтре (ОбФ - обеляющий фильтр) и некогерентному накоплению отфильтрованных сигналов. Структурная схема алгоритма (1.16) представлена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Структурная схема алгоритма ОбФ-некогерентное накопление.

При реализации вместо некогерентного накопления когерентного накопления прошедшего ОбФ сигналов, можно получить более высокие показатели обнаружения. Число каналов когерентного накопления определяется из соотношения  и может быть существенно больше N. Здесь  - периоды повторения импульсов пачки; - шаг вобуляции периода повторения.

По аналогии с (1.16) алгоритм обработки ОбФ когерентного накопления выглядит так:

                                (1.17)

где;  - сигнал, обнаруживаемый в -м частотном канале.

Структурная схема алгоритма (1.17) представлена на рисунке 1.14.

В обработке (1.16), (1.17) наиболее труднореализуемым элементом является вычислительные матрицы коэффициентов ОбФ. Для этого необходимо выполнить ряд арифметических операций, по сложности реализации эквивалентных  операциям умножения.

Рисунок 1.14 - Структурная схема алгоритма ОбФ-когерентное накопление

Обеление спектра помех можно так же реализовать с помощью структуры адаптивного наращиваемого в -м периоде пачки до  каскада решетчатого фильтра, в котором коэффициенты прямого и обратного отражения, ; и коэффициенты нормировки  определяются по оценкам коэффициентов регрессии и мощности помех в ветвях фильтра. Структурная схема решетчатого фильтра представлена на рисунке 1.15. Число эквивалентных операций умножения в решетчатом фильтре заметно меньше чем в ОбФ - порядка .

Рисунок 1.15 - Структурная схема решетчатого фильтра.

Существенное снижение вычислительных затрат может быть получено при использовании многоканальной по видам и параметрам помех обработки сигналов. Основным элементом такой обработки может быть адаптивный режекторный фильтр, вектор весовых коэффициентов W которого определяется как собственный вектор матрицы ковариации помех  с наименьшим собственным значением. Модули W для разных значений коэффициента междупериодной корреляции помех  в окне по дальности  и гауссовской функции спектра рассчитываются заранее и хранятся в памяти. Потери, связанные с тем, что реальный спектр может описываться не гауссовой, а, например, дробно-рациональной функцией, имеют довольно небольшую величину.

Компенсация фазы пассивной помехи производится на входе режекторного фильтра путем оценки в окне по дальности фазового вектора очередного периода  (- разность фаз пассивной помехи в -м и первом периоде пачки) и поворота на соответствующую фазу -го элемента вектора Х. На выходе режекторного фильтра производится нормировка квадратов модулей отсчетов к оценкам мощности помех  в окне по дальности .

Рисунок 1.16 - Структурная схема многоканального режекторного фильтра

Число операций умножения в одном режекторном фильтре N, что меньше, чем в ОбФ и решетчатом фильтре. Структурная схема многоканального режекторного фильтра представлена на рисунке 1.16.

Такую обработку можно использовать, например, для смеси пассивная плюс несинхронно-шумовая помеха. Каждый канал обработки представляет собой режекторный фильтр, веса которого оптимизированы для определенного числа  и положения импульсов НШП. При этом измеряется значение p ПП и соответствующие ему веса выбираются из памяти. Число каналов m зависит от скважности НШП q: ({.} - округление до целого). Данное выражение можно получить, разбивая N импульсов пачки на блоки по  импульсов и считая, что в каждом блоке может быть не более одного импульса НШП. В результате обработки выбирается канал с максимальным подавлением комбинированных помех (минимум, ). Для уменьшения числа ложных переключений на каналы с большими значения  в критерий выбора канала вводится пороговая константа :

.

Здесь   - мощность помех на выходе i-го канала, причем канал j настроен на большее значение , чем канал i.

При выборе i-го канала нормированные к мощности помех квадраты модулей отсчетов с выхода режекторного фильтра  сравниваются с порогом С и принимается решение о наличие или отсутствие сигнала в данном элементе разрешения по дальности.

Заметим, что каналов с системе может быть уменьшено, если в РЛС имеются дополнительные средства измерения параметров помех [9, 10].

Третий способ защиты от комбинированных помех. Одним из путей решения проблемы защиты от комбинированных помех является использование частотных различий между активной и пассивной помехами, когда ширина спектра активной шумовой помехи (АШП) превышает ширину спектра эхо-сигнала (рисунок 1.17).

Рисунок 1.17 - Спектры помехи и эхо-сигнала.

В этом случае весовой коэффициент для компенсации АШП может вычисляться не на частоте эхо-сигнала , а по спектральным составляющим активной помехи , не совпадающим с сигналом. Это исключает влияние пассивной помехи и полезного сигнала на формирование весового коэффициента. Оценим качество подавления АШП при формировании весового коэффициента на частоте , отличной от частоты эхо-сигнала .

Рассмотрим двухэлементную антенную систему (рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 - Двухэлементная антенная система.

Если на один из входов поступает помеха , то на втором входе эта помеха будет иметь вид , где  - задержка сигнала, обусловленная разностью хода радиосигнала до приемных пунктов;  - расстояния между антеннами;  - направления на источник помех;  - скорость распространения волнового фронта. Выходной сигнал антенной системы

,                               (1.18)

где ,  - коэффициенты усиления приемных трактов.

Подавление сигнала помехи на частоте , осуществляется при условии

,                                          (1.19)

при этом суммарная мощность выходного шума на частоте  определяется как:

,         (1.20)

где  - мощность активной помехи в канале;  - мощность собственного шума приемного канала.

Используя (1.20), отношение коэффициента подавления АШП  при настройке автокомпенсатора на частоту  к коэффициенту подавления АШП  при настройке автокомпенсатора на частоту  может быть записано в виде

,             (1.21)

При настройке автокомпенсатора на частоту  (т.е. когда ) . Для случая  отношение , т.е. возникают потери в качестве подавления АШП.

Схема устройства, осуществляющего подавление активной помехи на фоне пассивной, приведено на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19 - Устройство подавления активной помехи на фоне пассивной.

Фильтры сигнала Ф согласованы со спектром эхосигнала, в том числе и с пассивной помехой. Фильтры помехи Ф расстроены относительно спектра эхосигнала и пропускают только активную помеху. Дополнительный канал представляет собой автокомпенсатор АШП, настроенный на частоту , который вырабатывает сигнал управления для основного канала, настроенного на частоту .

Устройство работает следующим образом. Принятая основной антенной АШП проходит в дополнительном канале через фильтр помехи Ф и вычитающее устройство (ВУ) на коррелятор, на второй вход которого поступает АШП, принятая компенсационной антенной. Коррелятор вырабатывает весовой коэффициент взаимной корреляции АШП, принятых основной и компенсационной антеннами. Помеха, принятая компенсационной антенной, умножается на весовой коэффициент и поступает на вычитающее устройство, что обеспечивает ее подавление. Одновременно с этим АШП, принятая компенсационной антенной, проходит в основном канале через фильтр сигнала Ф, фазовращатель Фвр, умножается на весовой коэффициент, сформированный в корреляторе дополнительного канала, и поступает на ВУ, на второй вход которого приходит АШП, принятая основной антенной. В результате в ВУ основного канала обеспечивается компенсация АШП, действующей на частоте сигнала. Поскольку настройка автокомпенсатора осуществляется на частоте , отличной от частоты , это приводит к уменьшению коэффициента подавления АШП на частоте  а соответствии с (1.21).

Для повышения эффективности подавления АШП на частоте сигнала используется измеритель разности фаз, который вырабатывает напряжение, пропорциональное разности фаз АШП  на выходах фильтров помехи дополнительного канала. Сформулированное напряжение через усилитель с коэффициентом передачи, равным , поступает на фазовращатель Фвр, который меняет фазу АШП на выходе фильтра сигнала в соответствии с (1.22). Это позволяет устранить различие фазовых сдвигов АШП между основной и компенсационными антеннами на частотах фильтров помехи Ф и сигнала Ф, что приводит к увеличению коэффициента подавления АШП на частоте сигнала. Так как настройка автокомпенсатора осуществляется на частотах, не совпадающей с частотой сигнала, то это исключает влияние пассивной помехи на качество работы автокомпенсатора активных помех.

,                             (1.22)

где:  и . Устранение фазовых сдвигов АШП между основной и компенсационной антеннами на частотах фильтров помехи Ф и сигнала Ф практически исключает потери коэффициента подавления и обеспечивает эффективное подавление помехи независимо от угла визирования постановщика помех .

Для защиты от комбинированных помех необходимо последовательно с устройством компенсации АШП (рисунок 1.19) включить компенсатор пассивных помех, рисунок 1.20.

Рисунок 1.20 - Устройство защиты от комбинированных помех.

При этом на вход компенсатора пассивных помех будут приходить сигналы, свободные от воздействия активной помехи, которая предварительно компенсируется каналом подавления АШП [11].

2. Разработка статистической модели и исследование адаптивных алгоритмов защиты от комбинированных помех

.1 Принципы статистического (имитационного) моделирования измерительных радиолокационных систем в условиях воздействия комбинированных помех

Как отмечалось во введении к дипломной работе, экспериментальная проверка (исследование) быстродействующих алгоритмов защиты с оценкой обратной корреляционной матрицы помех, связана со значительными техническими трудностями. В то же время, имеющиеся в настоящее время современные вычислительные средства с соответствующим программно-математическим обеспечением и быстродействием позволяют обойтись без весьма затратных натурных экспериментов и провести достоверную экспериментальную проверку синтезированных алгоритмов и измерительных устройств на основе технологии имитационного моделирования и  верифицированных статистических моделей.

В ряду существующих методов статистического моделирования сложных систем важнейшую роль играет имитационное моделирование (ИМ), в основе которого лежит замена реальной физической системы (процесса) ее приближенным отображением в виде математической модели, моделирующего алгоритма и соответствующего программного обеспечения, в своей совокупности реализующих воспроизведение на ЭВМ интересующих аспектов функционирования исходной системы. Важно подчеркнуть, что ИМ это не теория, и даже не методология, а пока лишь синтетический (обобщенный, интегральный) метод исследования, опирающийся на эксперимент с цифровой моделью реальной системы [6].

Имитационному моделированию измерительных радиолокационных систем в условиях воздействия помех (т.е. в условиях радиоэлектронного конфликта с внешней средой) присущ ряд характерных особенностей:) высокая степень связанности с моделями радиоэлектронных и нерадиоэлектронных систем (надсистем), в интересах которых создаются и функционируют рассматриваемые радиолокационные системы (например, система ПВО). Это определяет необходимость достаточно полного учета на уровне исходных данных пространственно-временных характеристик динамики конфликта надсистем, в которых радиоэлектронные системы выполняют основные функции по информационному обеспечению активных действий и противодействий;

б) статистический, вероятностный характер моделей, используемых при описании радиолокационных систем. Данная особенность есть прямое следствие вероятностного характера процессов, происходящих в радиолокационных систем в ходе конфликтного информационного взаимодействия, и, прежде всего, наличия элементов случайности при изменении состояний объектов взаимодействия, а также наличия помех в каналах обмена информацией;

в) необходимость полномасштабного воспроизведения радио­электронной обстановки и насыщенного потока сигналов на входе измерительных радиолокационных систем, которые создаются большим количеством разнородных источников радиоизлучений; часть из них является объектами информационного взаимодействия, а другая часть создает мешающий фон. При этом практически отсутствует возможность моделирования процессов взаимодействия с каждым источником в отдельности, так как входные потоки сигналов от разных источников имеют сильное перекрытие по частотно-пространственно-временным параметрам.

С учетом этих особенностей рассмотрим основные принципы разработки цифровых имитационных моделей измерительных радиолокационных систем.

Существо ИМ состоит в воспроизведении процесса функционирования радиолокационной системы (РЛС) во взаимодействии с внешней средой с целью определения показателей эффективности для исходных данных, которыми был задан вариант построения системы. С учетом вероятностного характера исследуемого процесса воспроизведение одной или небольшого количества реализаций не позволяет сделать обоснованные выводы относительно свойств измерительной радиолокационной системы. Поэтому исследование систем на имитационной модели часто связывают с реализацией метода Монте-Карло, в основе которого лежит осуществление следующих действий:

а) проведение большого количества одинаковых по исходным данным актов имитации процесса функционирования РЛС во взаимодействии с внешней средой;

б) формирование на этой основе соответствующего количества независимых реализаций случайных величин, характеризующих те или иные исходы функционирования РЛС в смысле решения внешнеобусловленных задач;

в) усреднение и другая обработка формируемых совокупностей реализаций случайных величин с целью получения статистически значимых выводов относительно значений показателей эффективности РЛС (в рассматриваемом случае - систематическую и флуктуационную ошибки измерения угловых координат цели в условиях помех).

При имитации большого количества независимых реализаций исходных величин, характеризующих «хорошие» и «плохие» исходы процесса функционирования системы, искомые показатели эффективности (упомянутые ошибки) обычно оцениваются как средние значения по полученным экспериментальным данным. В соответствии с изложенным общая структурная схема имитационной модели РЛС представлена на рисунке 2.1. В рамках представленной схемы модель содержит следующие основные части (блоки):

а) модель внешней среды - радиоэлектронной обстановки, формируемой множеством объектов информационного взаимодействия (источников активных помех);

б) модель алгоритмов обработки и преобразования сигналов и информации в измерительной радиолокационной системе;

в) блок, осуществляющий предварительную обработку, запоминание и накопление результирующих данных имитационного эксперимента;

г) блок формирования итоговых результатов оценки показателей эффективности РЛС.

Первые три из выделенных частей модели должны охватываться общим циклом по числу независимых реализаций испытания  при одних и тех же исходных данных. Внутри цикла по реализациям должен быть организован цикл по числу шагов  или точек на временной оси в пределах временного интервала, отведенного для однократного воспроизведения процесса функционирования РЛС. Наконец, внутри последнего цикла организуется цикл по числу источников активных помех (ИАП) , в рамках которого в каждой реализации и для каждого момента времени имитируется (с определенной степенью абстракции) процесс функционирования радиолокационной системы. Одновременно в этой части модели проводится формирование результирующего входного воздействия от всей совокупности ИАП и пассивной помехи путем накопления данных входных воздействий, полученных от каждого ИАП в отдельности, и последующего их преобразования с целью учета взаимного влияния при обработке в радиолокационной системе.

Таким образом, сначала необходимо сформировать неискаженную входную совокупность сигналов (их модельных эквивалентов) от всех источников помех и нешумящей цели, затем - систему адаптивной пространственной обработки сигналов в условиях воздействия комбинированных помех.

Рисунок 2.1 -  Общая схема имитационного моделирования РЛС.

Далее - сформировать фильтр подавления комбинированных помех и блок оценки показателей качества подавления и быстродействия. При ИМ поведение радиолокационной системы воспроизводится на некотором отрезке времени . Воспроизведение времени в любой ИМ связано с заданием «модельного времени». Оно требуется для синхронизации последовательности событий, происходящих в модели системы, и организации «квазипараллелизма» при имитации одновременного функционирования основных элементов системы. В силу дискретного характера функционирования ЭВМ, а также скачкообразного характера изменения состояний элементов систем, текущее время в имитационной модели задается путем дискретного приращения временных отрезков. При этом выделяют два основных способа задания модельного времени:

а) способ , при котором приращение (продвижение во времени) осуществляется с фиксированным интервалом ;

б) способ , при котором в моделирующем алгоритме приращение модельного времени производится в момент наступления очередного события, заключающегося в изменении состояния любого из элементов внешней среды или системы.

В первом случае цикл точек на временной оси  достаточно организовать как обычный цикл от 1 до , а во втором случае точки на временной оси определяются приращением случайного интервала  между событиями, заключающимися в скачкообразном изменении состояний:  При построении имитационной модели возможна также и комбинация способов .

Выбор способа модельного времени важен с позиций рационального использования вычислительного ресурса ЭВМ, достижения требуемой точности моделирования и сложности моделирующего алгоритма. Во многом этот выбор определяется характером функционирования РЛС. Так, например, при исследовании радиолокационной системы в условиях конфликта, где эта система работает как в импульсном режиме излучения сигналов, так в непрерывном, более эффективным представляется использование способа , а для исследования оценки параметров одного сигнала, предпочтительным представляется использование способа  на некотором ограниченном интервале.

Сложность и разномасштабность во времени принимаемых сигналов, необходимость достаточно детального воспроизведения радиоэлектронной обстановки, создаваемой комбинированными помехами, актуализируют проблему придания процессу исследований обозримого характера. При этом важнейшей задачей является задача анализа закономерностей влияния обработки, реализуемой на различных уровнях модели наблюдений (МН), на общую результирующую эффективность системы. Поэтому при разработке имитационной модели в конкретной ситуации целесообразно использовать принцип функционального моделирования, в соответствии с которым в ходе разработки имитационной модели необходимо сосредоточиться на наиболее существенных особенностях построения системы, обеспечивающих оценку ее качества в интересующем исследователя аспекте. При этом моделирование отдельных элементов может проводиться независимо. Получаемые точностные, вероятностные и временные характеристики реализуемых процедур обработки сигналов и информации используются далее для описания их функциональных эквивалентов при анализе результирующей эффективности системы. В частности, при декомпозиции (детализации) процесса радиолокационного наблюдения принято использовать иерархию внутриобусловленных задач с выделением подсистем первичной, вторичной и третичной обработки. При этом естественным образом обеспечивается определение частных показателей эффективности функционирования отдельных подсистем и модулей, имеющих самостоятельное значение и оказывающих одновременно существенное влияние на интегральную эффективность системы.

На основании изложенного выше подхода перейдем к разработке и описанию статистической (имитационной) модели алгоритмов защиты от комбинированных помех.

.2 Разработка статистической модели адаптивной РЛС с линейной ФАР

Смысл имитационного моделирования адаптивной РЛС состоит в разработке программы цифрового радиолокатора, близкого к реальному, с последующим воспроизведением соответствующих процессов обработки сигналов в условиях наличия большинства внешних мешающих факторов[8]. Такая модель технологически отличается от реальной системы только тем, что в ней реальная фазированная антенная решетка заменена ее цифровым статистическим аналогом, а принимаемые ФАР сигналы и внутренние шумы аппаратуры обработки заменены соответствующими моделями. Остальные процедуры обработки сигналов, по причине применения в большинстве современных радиолокаторов цифровой обработки сигналов, практически совпадают. В тоже время, такая модель наделена важным исследовательским преимуществом, позволяя варьировать внешними факторами, алгоритмами обработки сигналов, параметрами элементов ФАР. Модель позволяет также оценивать показатели качества подавления помех, характеристики совместного распределения параметров сигнала, взаимозависимость информативных и неинформативных параметров и пр. по усмотрению исследователя.

Амплитудно-фазовое распределение по пространственным координатам ФАР должно выбираться следующим образом [8] как показано в формуле (2.1):

  ,                               (2.1)

где m = 1…М, ;

М - количество элементов линейной ФАР;

 - угловое направление на источник полезного сигнала, отсчитываемое от нормали к антенне;

- расстояние между элементами ФАР.

В статистической модели предусмотрена возможность изменения интенсивностей и угловых положений источников помех, что позволяет проводить анализ степени искажения диаграммы направленности адаптивной ФАР в зависимости от сложности помеховой обстановки, а также производить оценку величины систематической и флуктуационной ошибок, коэффициента подавления и степени «перекрытия» полезного и мешающего сигналов по измеряемой координате (в рассматриваемом случае - азимута).

В модели также предусмотрено формирование от датчика случайных чисел случайных значений матрицы внутренних шумов ХS с единичной дисперсией и нулевым математическим ожиданием размера МхТ, учитывающего шумы приемных элементов ФАР и ее амплитудно-фазового распределения. Здесь Т - количество выборок внутреннего шума (размер массива шумов) во времени.

Для каждого элемента случайного вектора внешних источников помех SР, в соответствие с соотношением (2.1), формируется своё амплитудно-фазовое распределение. В результате чего происходит формирование матрицы шумовых помех ХР размера МхТ, содержащей аддитивную смесь шумовых помех от N различных источников со своими интенсивностями и амплитудно-фазовыми распределениями.

Далее предусмотрено формирование t-ой матрицы помеховых воздействий YPt, представляющую собой аддитивную смесь t-ой матрицы шумовых помех ХР и t-ой матрицы внутренних шумов ХS.

Рисунок 2.2 -  Алгоритм работы алгоритма подавления комбинированных помех.

На основании сформированного массива шумов и помеховых воздействий в соответствии с тем или иным алгоритмом адаптации формируется оценка матрицы  обратной корреляционной матрице помех и вычисляется по формуле (2.2)

,                                     (2.2)

Блок формирования массива полезного сигнала YS размера М×Т предусматривает возможность формирования всех М выборок одной реализации с одинаковыми начальной фазой и амплитудой, значения которых от выборки к выборке в пределах массива по времени Т задаются с помощью датчика случайных чисел, что соответствует модели сигнала со случайной начальной фазой и амплитудой, отраженного от цели с равноценными блестящими точками. В следующем блоке формируется массив (матрица) входных воздействий Y=YP+YS размера М×Т, представляющий собой аддитивную смесь шумов элементов ФАР, шумовых помех от N источников, пассивных помех и полезного сигнала, принимаемого в направлении нормали к ФАР. Суммирование матрицы (массива) сигнала с матрицей (массивом) внутренних шумов и помех после формирования оценки ОКМП  имитирует что мощность эхо-сигнала существенно ниже спектральной плотности мощности помеховых колебаний и влиянием полезного сигнала на оценку этой матрицы можно пренебречь.

.3 Исследование алгоритмов защиты от комбинированных помех

Исследованию подвергся алгоритм защиты от комбинированных помех, осуществляющий разделение обработки на пространственную и временную с последующим накоплением сигналов в оптимальном фильтре на фоне собственных шумов.

Для исследования алгоритма задаем количество шагов итерации по времени, перебор по времени, количество элементов ФАР и перебор по элементам, количество точек распределения функции полезного сигнала по оси доплеровских частот и перебор по точкам. Форму полезного сигнала отраженного от цели с наилучшей доплеровской скоростью. Форму и закономерность пассивной помехи, собственных шумов, активной помехи, количество источников активных помех их интенсивность и направление на антенну. Вычисляем ОКМП и перемножаем ее с матрицей ожидаемого амплитудно-фазового распределения для пространственной области и с матрицей ожидаемого время-частотного распределения для временной обработки.

Исследуем обработку в пространственной области. Результаты представлены на графиках - это рисунки 2.3, 2.4 и 2.5.

Рисунок 2.3- результат пространственной обработки только при воздействии активных помех.

На рисунке 2.3 синей (сплошной) линией показан идеальный результат пространственной обработки (безпомеховая обстановка). Остальными линиями показан результат пространственной обработки при воздействии источника помех в направлении 0.5 полуширины характеристики направленности антенны. По графику видно, что активная помеха полностью подавляется , а амплитуда полезного сигнала на выходе устройства пространственной обработки существенно уменьшается, что соответствует уменьшению дальности обнаружения РЛС. Ухудшаются так же и показатели радиолокационного измерения - появляется систематическая ошибка измерения, составляющая примерно 0,3 полуширины характеристики направленности антенны углового измерителя.

Рисунок 2.4 - результат пространственной обработки только при воздействии пассивной помехи.

Рисунок 2.4 представляет результат пространственной обработки только при воздействии пассивной помехи большой интенсивности, что обычно наблюдается при обнаружении и сопровождении воздушных целей на фоне местных предметов в горных районах. По графику видно что полезный сигнал полностью исказился и потерял свою информативность, это говорит о том что пассивная помеха не подлежит обработке в пространственной области. Поэтому мы и исследуем алгоритм с разделением обработки.

Рисунок 2.5 - результат пространственной обработки при воздействии комбинированной помехи.

Результат пространственной обработки при воздействии комбинированной помехи в виде аддитивной смеси пассивной и активных помех представлен на рисунке 2.5. Синей (сплошной) линией, так же показан, идеальный результат, остальными линиями результат при обработке смеси сигнала с помехой на каждом шаге итерации по времени. Лучшими результатами, как видно из графиков, являются результаты обработки на первых четырёх шагах итерации по времени (коэффициент подавления активной помехи уменьшился до 23 дБ), при последующей адаптации происходит значительное искажение характеристики направленности антенны радиолокационной станции. Так же как и при наличии, только активной шумовой помехи происходит существенное уменьшение уровня полезного сигнала на выходе устройство пространственной обработки, особенно начиная с пятого шага итерации (до 20 дБ).

На последующих рисунках показаны результаты обработки во временной области.

Рисунок 2.6- результат обработки во временной области:  - идеальный случай (безпомеховая обстановка);  - при наличии собственных шумов;  - при наличии активных помех;  - при наличии активных помех;  - при наличии аддитивной смеси активной и пассивной помех.

Лучший результат накопления (обработки во временой области), показанный на рисунке 2.6, при наличии собственных шумов и активных помех наступает при максимальном фазовом отклонении -  (или ). При приёме полезного сигнала с тем же фазовым сдвигом () на фоне комбинированных помех происходит существенное искажение фазовой характеристики - полезный сигнал накапливается со сдвигом фазы .

Результат обработки при наличии пассивной помехи представлен на рисунке 2.7. При наличии только пассивной помехи полезный сигнал после пространственной обработки накапливается без изменения фазовой характеристики. Существенное уменьшение полезного сигнала связано с подавлением полезного сигнала в устройстве пространственной обработки. При этом достигается и максимальный коэффициент подавления пассивной помехи . При воздействии на РЛС комбинированной помехи коэффициент подавления помеховой составляющей, вызванной пассивной помехой составляет

Рисунок 2.7 - результат временной обработки при наличии пассивной помехи.

Из результатов исследования можно сделать вывод что помимо алгоритмов защиты от помех в РЛС необходимо включить алгоритмы оценивания помеховой обстановки для точного определения вида взаимодействующих помех и включения более оптимального алгоритма обработки и подавления взаимодействующих помех.

3. Технико-экономическое обоснование работы

Современный этап развития радиолокационных систем характеризуется наличием широкого класса внешних активных и пассивных помех, а так же их разнообразных комбинаций, т.е. комбинированными помехами. Защита РЛС различного назначения от радиопомех представляет собой одну из важнейших проблем, возникающих как при разработке, так и при использовании в боевой работе. Данная проблема обусловлена прежде всего увеличением количества радиоэлектронной аппаратуры и разнообразием выполняемых ее задач, вследствие чего возрос уровень взаимных помех. Разработанные и используемые алгоритмы оптимальной раздельной фильтрации активных и пассивных помех, не справляются с поставленной задачей подавлять комбинированные помехи.

В дипломной работе исследуются современные алгоритмы защиты от комбинированных помех, обладающие высокими коэффициентами подавления и быстродействия. Данные алгоритмы будут использоваться в современных РЛС.

.1 Структура затрат на элементы входящие в систему

Таблица 1 - Структура затрат на элементы входящих в систему

Структура показывает сколько необходимо элементов (оборудования) для реализации исследуемых алгоритмов и их вес от общей стоимости системы.

Таблица 2 - Различия в стоимости структуры в зависимости от исследуемого алгоритма

.2 Оценка экономической эффективности исследуемых алгоритмов экспертным методом

Для оценки экономической эффективности используются экспертные методы [16]. Они позволяют оценить уровень оптимальности алгоритмов по качественным и стоимостным показателям по сравнению друг с другом.

Оценка оптимальности исследуемых алгоритмов выполняется по системе показателей с оценкой их значимости.

Для определения значимости параметров качества метода может быть использована матрица приоритетности, в которой осуществляется попарно сравнение параметров метода (каждый с каждым) но не по величине, а по их значению, влиянию на качество, технический уровень, потребительские свойства изделия.

Исследуемые алгоритмы подавления комбинированной помехи обладают следующим набором характеристик:

Х1 - Коэффициент подавления;

Х2 - Коэффициент быстродействия;

Х3 - Простота программирования;

Х4 - Количество комбинаций подавляемых помех;

Х5 - Затраты на комплектующие для реализации;

Х6 - Затраты на эксплуатацию;

Х7 - Затраты на разработку.

Сравнивая  попарно все параметры, составляют квадратную матрицу смежности (таблица 1), где знаки >, < = заменяются коэффициентами предпочтительности аi (соответственно: 1.5, 0.5, 1.0).

Затем последовательно находятся абсолютные значимости Bi параметров, затем эти значения нормируются - B`i вычисляются в долях единицы.

Заполняя матрицу определим значения Вi, B`i.- абсолютная значимость параметра, определяется построчным суммированием коэффициентов предпочтительности (aj).`i - искомая, относительная значимость параметров.

Сумма Bi (по столбцу) должна быть равна n*n (если n=7, то В=7*7=49), где n - количество анализируемых параметров. Значение B’i определяется по формуле: B’i=Bi / B.

Для дальнейшего анализа и определения наиболее оптимального алгоритма необходимо осуществить бальную оценку каждого параметра для каждого из вариантов изделия (количество баллов от 1 до 5). Далее заполняем таблицу 4, указав в одной из строк относительную значимость параметров. При этом введем следующее обозначение :

А - Обеляющий фильтр с когерентным накопление отфильтрованных сигналов;

В - Решетчатый фильтр;

С - Режекторный фильтр.

Таблица 3 - Расчет значимости параметров системы

Таблица 4 - Бальная оценка значимости параметров систем

Показатель оптимальности для каждой из анализируемых систем может быть найден как сумма произведений соответствующих значений B’i на соответствующее бальное значение параметра модели:

,                                                      (3.1)

где  - показатель оптимальности j-ой модели;

 - относительная значимость i-го параметра;

 - бальное значение i-го параметра для j-ой модели.

Для данных из таблиц 3 и 4, используя формулу (3.1) получим:

Модель с максимальным значением показателя «К» (оптимальности) наиболее предпочтительна. В данном случае наиболее оптимальным оказался алгоритм А.

Для получения более точного результата, необходимо провести оценку оптимальности алгоритмов другим способом, позволяющим определить их приоритетность по каждому из выбранных , и лишь в том случае принимать определенное решение.

Для этого целесообразно применить методику расчета показателя оптимальности по приоритетности вариантов, позволяющую более точно (в отличие от бальной) определить значимость параметров качества методов.

В работе определяется приоритетность каждой модели по каждому из выбранных параметров системы. С этой целью заполняется такое количество матриц смежности, которое соответствует количеству выбранных для анализа параметров    (таблицы 5 - 11).

Таблица 5 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х1»

- абсолютная значимость (приоритетность) каждой модели по анализируемому параметру.- относительная (искомая) значимость модели по анализируемому параметру.

Таблица 6 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х2»

Таблица 7 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х3»

Таблица 8 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х4»

Таблица 9 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х5»

Таблица 10 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х6»

Модель Изд	A	B	C	Qi	qi
A	=1	=1	=1	3	0,333
B	=1	=1	=1	3	0,333
C	=1	=1	=1	3	0,333
сумма				9	1 Модель Изд A B C Qi qi A =1 <0,5 <0,5 2 0,222 B >1,5 =1 <0,5 3 0,333 C >1,5 >1,5 =1 4 0,445 сумма 9 1 В таблице 12 выполнено сравнение вариантов использование методов по системе критериев. Вместо баллов приведены значения qi по моделям и параметрам. Таблица 12 - Сводная таблица исходной информации для расчета конкурентоспособности методов B’i для Xi Алгоритм 0,163 0,163 0,083 0,122 0,204 0,122 0,143 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A 0,445 0,222 0,222 0,445 0,222 0,333 0,222 B 0,333 0,333 0,333 0,278 0,333 0,333 0,333 C 0,222 0,445 0,445 0,278 0,445 0,333 0,445 Используя данные таблицы 12, определим показатели оптимальности «К» для каждой из анализируемых моделей: В результате расчета показателей оптимальности двумя разными методами, были получены схожие результаты. Исследуемый алгоритм «С» превосходит другие алгоритмы по следующим параметрам:  Коэффициент быстродействия (Х2);  Простота программирования (Х3);  Затраты на комплектующие для реализации (Х5);  Затраты на разработку (Х7) Все вышеперечисленные параметры являются одними из важнейших для алгоритмов защиты от комбинированных помех. По остальным параметрам исследуемый алгоритм либо незначительно уступает, либо не хуже аналогов. Из таблицы 2 так же видно что данный алгоритм потребует меньше экономических затрат, так как необходим менее быстродействующий блок ЦОС, а в следствии менее дорогостоящий. Из чего можно сделать вывод о том, что исследуемый в данной работе алгоритм будет экономически выгоднее внедрять в систему защиты РЛС от комбинированных помех. 4. Безопасность и экологичность Одним необходимых условий комфортной деятельности человека явля­ется обеспечение в рабочей зоне благоприятного микроклимата, который оп­ределяется температурой, влажностью, атмосферным давлением, интенсив­ностью излучения нагретых поверхностей. Микроклимат оказывает сущест­венное влияние на функциональную деятельность человека, его здоровье. В помещениях операторов современной РЛС необходимо соблюдать оптимальные микроклиматические условия. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта во время выполнения поставленной задачи при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. .1 Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Исследованиями установлено, что при температуре воздуха более 300С работоспособность человека начинает падать. Переносимая человеком температура, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре 300С, так как при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое «проливное» течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу. Недостаточная влажность воздуха также может оказываться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнение болезнетворными микроорганизмами. Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажностью может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня - гипертермии - состоянию, при котором температура тела поднимается до 38…390С. При пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, может быть охлаждение и даже переохлаждение организма - гипотермия. Атмосферное давление оказывает существенное влияние на процесс дыхания и самочувствие человека. Если без воды и пищи человек может прожить несколько дней, то без кислорода - всего несколько минут. Основным органом дыхания человека является трахеобронхиальное дерево и большое число легочных пузырей (альвеол), стенки которых пронизаны густой сетью капиллярных сосудов. Через стенки альвеол кислород поступает в кровь для питания тканей организма. Наиболее успешно диффузия кислорода в кровь происходит при парциальном давлении кислорода в пределах 95…120 мм рт. ст. Изменение давления вне этих пределов приводит к затруднению дыхания и увеличению нагрузки на сердечнососудистую систему [17]. .2 Нормирование параметров микроклимата Нормы производственного микроклимата установлены Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.548-96 [18]. Они едины для всех производств и всех климатических зон. Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к показателям микроклимата рабочих мест производственных помещений с учетом интенсивности энерготрат работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контроля микроклиматических условий. Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма. Работу операторов РЛС дудем относить к категории Iб. К категории Iб относятся работы с интенсивностью энерготрат 121 - 150 ккал/ч (140 - 174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением. Оптимальные условия микроклимата Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах. Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно - эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата, определяется Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в установленном порядке. Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 1, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года. Перепады температуры воздуха по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны превышать 2° C и выходить за пределы величин, указанных в табл. 1 для отдельных категорий работ. Таблица 13 - оптимальные условия микроклимата. Период года Категория работ по уровню энергозатрат, Вт Температура воздуха, 0С Температура поверхностей, 0С Относительная влажность воздуха, % Скорость движения воздуха, м/с Холод­ный Iб  (140 - 174) 21 - 23 20 - 24 60 - 40 0,1 Теп­лый Iб  (140 - 174) 22 - 24 21 - 25 60 - 40 0,1 Допустимые условия микроклимата Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности. Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 2 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года. При обеспечении допустимых величин микроклимата на рабочих местах: перепад температуры воздуха по высоте должен быть не более 3° C; перепад температуры воздуха по горизонтали, а также ее изменения в течение смены не должны превышать: при категории работ Iб - 4° C. При этом абсолютные значения температуры воздуха не должны выходить за пределы величин, указанных в табл. 2 для отдельных категорий работ. При температуре воздуха на рабочих местах 25° C и выше максимально допустимые величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы: % - при температуре воздуха 25° C; % - при температуре воздуха 26° C; % - при температуре воздуха 27° C; % - при температуре воздуха 28° C. При температуре воздуха 26 - 28° C скорость движения воздуха, указанная в табл. 2 для теплого периода года, должна соответствовать диапазону: ,1 - 0,3 м/с - при категории работ Iб. Таблица 14 - допустимые условия микроклимата. Период года Категория работ по уровню энергозатрат, Вт Температура воздуха, °С Температура поверхностей, 0С Относительная влажность воздуха, % Скорость движения воздуха, м/с диапазон ниже оптимальных величин диапазон выше оптимальных величин для диапазона ниже оптимальных величин, не более для диапазона выше оптимальных величин, не более Холодный Iб (140 - 174) 19,0 - 20,9 23,1 - 24,0 18,0 - 25,0 15 - 75 0,1 0,2 Теплый Iб (140 - 174) 20,0 - 21,9 24,1 - 28,0 19,0 - 29,0 15 - 75 0,1 0,3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В процессе дипломной работы было выполнено: Патентное исследование, в ходе которого были определены следующие способы защиты от комбинированных помех: Защита одновременно от всех видов помех выполняемое в одном устройстве без разделения на последовательную или параллельную структуру. Защита от комбинированных помех путем разделения обработки в пространственной и временной областях с последующим накоплением сигналов в оптимальном фильтре на фоне собственных шумов. Осуществление подавления активной помехи на фоне пассивной за счет различий спектров принимаемых сигналов с последующим подавлением пассивной помехи. Первый способ является трудным и практически нереализуемым как программно так и аппаратно, по причине невозможности создания полной идентичности всех многоканальных компенсационных устройств. По этой причине самые распространенные второй и третий способы. Первый способ является трудным и практически нереализуемым как программно так и аппаратно, по причине невозможности создания полной идентичности всех многоканальных компенсационных устройств. По этой причине самые распространенные второй и третий способы. Во втором способе последовательно при обработке в пространственной области осуществляется компенсация активной составляющей комбинированной помехи (активная помеха). В последующем осуществляется подавление пассивной составляющей комбинированной помехи во временной области. При реализации третьего способа так же при пространственной обработке осуществляется компенсация активной помехи, но в отличие от второго способа обеспечивается минимальное изменение в спектральной составляющей пассивной помехи. Разработка статистической модели адаптивной РЛС с линейной ФАР. Проведено статистическое (имитационное) моделирование первого способа (алгоритма) защиты от комбинированных помех на персональной ЭВМ. Экономическое обоснование затрат на реализацию исследуемых алгоритмов в различных условиях воздушной и помеховой обстановки, а также основные принципы обеспечения безопасности (оптимального и допустимого микроклимата) технического персонала (операторов), осуществляющего боевую работу. Специфика рассмотренной исследовательской проблемы алгоритма защиты от комбинированных помех, осуществляющий раздельную обработку в пространственной и временной областях, в условиях взаимодействия различных типов помех (как активных, пассивных, так и комбинированных помех) связана с тем, что при действии на РЛС только активной или пассивной помех и обработки (подавления) этих помех в исследуемом алгоритме, возникают дополнительные ошибки и разрушение фазовой структуры полезного сигнала во время оптимального накопления. Для исключения данных недостатков желательно дополнительно в схему алгоритма включить устройство (алгоритм) измерения (определения) помеховой обстановки для переключения работы алгоритма только на обработку в пространственной или временной областях. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Теоретические основы радиолокации / Ширман Я.Д., Голиков В.Н., Бусыгин И.Н. и др.; ред. Ширмана Я.Д. - М.: Сов.радио, 1970. - 560 с. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех.- М.: Радио и связь, 1981. -  416 с. Ботов М.И., Вяхирев В.А. Теоретические основы радиолокационных систем РТВ: Учебн. Пособие / Ботов М.И., Вяхирев В.А. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007. - 346с. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория: справочник / Я.Д. Ширман, Ю.И. Лосев, Н.Н. Минервин и др.; ред. Я.Д. Ширман. - М.: ЗАО «МАКВИС», 1998. - 828 с: ил. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития. / Под ред. А. И. Канащенково и В. И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003. - 416 с.: ил. Радзиевский В.Г. Теоретические основы радиолокационной разведки / Радзиевский В.Г., Сирота А.А. - М.: Радиотехника, 2004. - 432 с. Лосев Ю.И., Бердников А.Г. и др. Адаптивная компенсация помех в каналах связи / Ю.И. Лосев, А.Г. Бердников и др.; Под ред. Ю.И. Лосева. - М.: Радио и связь, 1988. - 208 с. Ботов М.И., Вяхирев В.А. Метод статистического моделирования в задачах синтеза и верификации сложных радиолокационных комплексов / Материалы Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». Том 9, часть 1. «Вычислительные технологии» - Алматы - Новосибирск, 2004. - С. 324 - 330. Лозовский И.Ф. Построение и эффективность адаптивной обработки сигналов в условиях воздействия комбинированных помех / Успехи современной радиоэлектроники №1, 2010. Лозовский И.Ф. Адаптивная обработка пачки сигналов с вобуляцией периода в условиях комбинированных помех / Радиотехника №2, 2008. Анохин В.Д. Обработка радиолокационных сигналов на фоне комбинированных помех / Радиотехника №5, 2009. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2007. - 320с., ил. Уилдроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.: ил. Современная радиоэлектронная борьба. Вопросы методологии / под ред. В.Г. Радзиевского. - М.: Радиотехника, 2006. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. - М.: Радиотехника, 2010. Леонов, А. И. Моделирование в радиолокации / А. И. Леонов, В. Н. Васенев и др. под ред. А. И. Леонова / М.: Сов. Радио,1979, 264 с. Быков, В. В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике М.: Сов. Радио,1971, 328 с. Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «ОПиПО». Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белов. 7-е изд., стер. - М.: Высш. шк. 2007. - 616с.: ил. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату в производственных помещения». Похожие работы на - Разработка статистической модели и исследование адаптивных алгоритмов защиты от комбинированных помех   Нужна качественная работа без плагиата? Другие дипломные работы по информатике Не нашли материал для своей работы? Поможем написать уникальную работу Без плагиата! Узнайте © 2003 - 2022 «Библиофонд» Обратная связь Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Полная версия Помощь по учебным работам Консультация по курсовой работе Консультация по дипломной работе ВКР Консультация по реферату Консультация по отчетам о практике