Исследование сигналов, отраженных от подвижного протяженного на-дводного объекта на выходе РЛС обзорного типа с разработкой алго. диплом вкр. Исследование сигналов, отраженных от подвижного протяженного надводного объекта на выходе рлс обзорного типа с разработкой алгоритма определения дальности цели Листов Лист Лит
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
- РЛС обнаружения надводных целей с цифровой обработкой сигналов Ка диапазона, АЦП с частотой дискретизации 40 МГц ими разрядным уровнем квантования Протяжённая надводная цель длинна м, ширина м Условия наблюдения исследуемой протяженной надводной целина интервале наблюдения характеризовались следующими параметрами 1) пеленг облучения цели составлял от 64 до 53,2 градуса 2) дальность до цели составляла от 2700 м до 1900 метров 3) число подряд зарегистрированных пачек отраженных сигналов составило за время наблюдения t н секунд. 4) Материалы записи радиолокационных сигналов, отражённых от про- тяжённой надводной цели с использованием РЛС Балтика. ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 33 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим На рисунке 1 Выход цели 116 из Севастопольской бухты. Рис Выход цели из бухты ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 34 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 35 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим 2.2 Определение дальности по местоположению максимального значения сигнала, отражённого от ПНО. Из приложения №1 следует,что мы можем обнаружить местоположение максимального значения сигнала, отраженного протяженного надводного обьекта. Рис Дальность по местоположения максимального значения сигнала при L=1. Рис Дальность по местоположения максимального значения сигнала при L=50 120 140 160 180 200 220 240 260 2718,75 2703,75 2688,75 2673,75 2658,75 2643,75 2628,75 ц 140 160 180 200 220 240 260 2070 2055 2040 2025 2010 1995 1980 ц ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 36 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Где L- число подряд зарегестривованных пачек отраженных сигналов изменение значений дальности цели D=f(L) при п Рис Динамика изменения Dц=f(Lп) при п Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,364; C 2 =-0,0014. Все вычисления предоставлены в приложение график ц полими- альной функцией тренда. Рис График изменения ц при U n =Dmax Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала П составило y = -13,364x + 2685,3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 60 Dmax y = -0,0074x + 0,2051 -30 -20 -10 0 10 20 0 10 20 30 40 50 60 ΔDц1-ш=f(L) п ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 37 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим 2.3 Определение дальности с использованием способа по местопожению геометрического центра ПНО. На рисунке показан график нахождения дальности по местоположению геометрического центра ПНО. На основе выражения для различных уровней порогов вычислим значения Us(t н )=U п-m , число заданных уровней порога. Данные вычисления для первой надводной цели приведены в Приложении № 1 (Таблица №1). На основе вычисленных значений U S проведём анализ динамики дальности при различных уровнях порога U n : изменение значений дальности цели ц) при п Рис. 2.7 Динамика изменения ц при п Среднее значение признака ц с учётом значений U m порогового сигнала 135 составило 5 , 2662 1 1 = = = L l ml U L Дц y = -0,0014x 2 - 13,29x + 2694,3 R² = 0,9992 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п 96 , 8 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Dц Dц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 38 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,29; C 2 =-0,0014. Рис. 2.8 График изменения ц при U n =135 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 135 составило 1) Изменение значений дальностит цели ц) при п y = -0,0074x + 0,2051 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=135 33 , 5 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Dц Dц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 39 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис Рис. Динамика изменения Dц=f(L п )| при па) Среднее значение ц с учётом значений U m порогового сигнала 140 составило 36 , 2666 1 1 = = = L l ml U L Dц Функция тренда имеет вид ц С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С -13,107; C 2 =-0,0074. Рассмотрим функцию ошибок при нахождении дальности цели при U n =140 y = -0,0074x 2 - 13,107x + 2692,6 R² = 0,9998 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 0 10 20 30 40 50 п = 0,0019x - 0,0419 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 60 ΔDц1-ш=f(L)|Uп=140 ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 40 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис. 2.10 График изменения ц при U n =140 Среднеквадратичное отклонение признака Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 140 составило 75 , 3 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Дц Дц L 2) изменение значений пеленга цели Dц=f(Uп) при п Рис 5 , 2662 1 1 = = = L l ml U L Дц Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,1; C 2 =-0,008. y = -0,008x 2 - 13,1x + 2691,7 R² = 0,9997 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 41 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис График изменения ц при U n =150 Среднеквадратичное отклонение ц (пс учётом значений U n порогового сигнала 150 составило 3) изменение значений дальности цели ц) при п Рис. 2.13 y = 3E-05x 2 + 6E-05x + 0,024 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=150 y = -0,0022x 2 - 13,395x + 2693,4 R² = 0,9998 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п 89 , 3 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Дц Дц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 42 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Динамика изменения ц при п Среднее значение признака ц с учётом значений U m порогового сигнала 160 составило 5 , 2662 1 1 = = = L l ml U L Дц Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,395; C 2 =-0,0022. Рис. 2.14 График изменения ц при U n =160 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 160 составило 4) изменение значений дальности цели ц) при п y = -0,0004x + 0,0333 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=160 9 , 3 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Dц Dц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 43 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис. 2.15 Динамика изменения ц при п Среднее значение признака ц с учётом значений U m порогового сигнала 170 составило 95 , 2665 1 1 = = = L l ml U L Dц Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,317; C 2 =-0,0039. y = -0,0039x 2 - 13,317x + 2692,6 R² = 0,9996 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 44 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис. 2.16 График изменения ц при U n =170 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 170 составило изменение значений дальности цели ц) при п y = -0,0144x + 0,1591 -15 -10 -5 0 5 10 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=170 78 , 3 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Дц Дц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 45 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис. 2.17 Динамика изменения ц при п Среднее значение признака ц с учётом значений U m порогового сигнала 180 составило 75 , 2658 1 1 = = = L l ml U L Dц Функция тренда имеет вид П ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,281; C 2 =-0,004. y = -0,004x 2 - 13,281x + 2690,3 R² = 0,9996 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п = -0,0038x + 0,0123 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=180 ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 46 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис График изменения ц при U n =180 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 180 составило изменение значений дальности цели ц) при п Рис. 2.19 График изменения ц при U n =190 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 190 составило 93 , 2663 1 1 = = = L l ml U L Дц Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 13,328; C 2 =-0,0031. y = -0,0031x 2 - 13,328x + 2690,6 R² = 0,9995 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 п 85 , 3 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Дц Дц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 47 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис. 2.20 График изменения ц при U n =190 Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала 190 составило изменение максимальных значений дальности цели (ц) при U п1 =Пmax . Рис. 2.21 Динамика изменения ц при U п =Пmax y = 0,0012x - 0,0353 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=190 y = -13,364x + 2685,3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 60 Dmax 50 , 4 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Дц Дц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 48 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Среднее значение признака ц с учётом значений U m порогового сигнала П составило 5 , 2647 1 1 = = = L l ml U L Dц Функция тренда имеет вид ц = С 0 +С 1 *L+C 2 *L 2 , где С С - 32,346; C 2 =-0,6402. Рис График изменения ц при U n =Dmax Среднеквадратичное отклонение признака ∆Dц-ш(U п ) с учётом значений U n порогового сигнала П составило 2.4. Определение оптимального уровня порога для нахождения дальности цели с наименьшей погрешностью По результатам исследования данных отраженных сигналов, были определенны средние значения изменения дальности и цели. -30 -20 -10 0 10 20 0 10 20 30 40 50 60 ∆Dц1-ш=f(L)|Uп=Пmax 96 , 8 ) ( 1 1 2 1 1 = − = = L l S Sl Dц Dц L ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 49 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Среднеквадратичные отклонения шумов дальности цели аппроксимируется полиномиальной функцией тренда Ш = C 0 – C 1 *(L) - на пороге П СКО: σ 140 =3,75; - на пороге П СКО: σ 150 =3,89; - на пороге П СКО: σ 160 =3,90; - на пороге П СКО: σ 170 =3,78. - на пороге П СКО: σ 180 =3,85; - на пороге П СКО: σ 190 =4,50; - на пороге П СКО: σ 135 =5,33; - на пороге П П СКО: σ max =8,96 Рис. 2.23 Кривая среднеквадратического отклонения шумов дальности цели 0 1 2 3 4 5 6 130 140 150 160 170 180 190 σf=f(Un) ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 50 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим На основании проведённых исследований сигналов шума дальности цели, были определенны функции тренда. В следствии исследования данных, на основании кривых среднеквадратичного отклонения шумов дальности делаем вывод, что при П =140, сигнал шума для дальности цели будет минимальным, при этом разброс СКО шумов дальности колеблется в пределах от 3,75 до 8,96 следовательно, для определения дальности можно применять любой из предложенных порогов, для достижения максимальной точности П. При расчете СКО шумов дальности, оптимальным является П =140. На основании полученных данных, можно сделать вывод, что при построении алгоритма определения дальности и цели с максимальной точностью, следует применять П =140 для расчета дальности , в остальных случаях из-за непринципиальных различий в СКО шумов дальности, для определения дальности цели следует использовать П =140. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 1) на основании проведённых исследований были определенны средние значения и среднеквадратические отклонения сигналов измерения дальности цели по результатам экспериментальных данных сигналов, отражённых от надводной цели по 8 порогам. 2) проведённые исследования показали, что при определении дальности среднеквадратическое отклонение сигналов не зависит от уровня порогового сигнала) проведённые исследования показали, что определение дальности до цели необходимо измерять при фиксированном значении порогового сигнала П =140, который обеспечивает наименьшею погрешность для определения дальности. ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 51 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Глава 3. Разработка алгоритмов определения дальности до протяжённой надводводной цели. 3.1 Формирование окна следования РЛС. Формирование окна первичной радиолокационной информации за 1 обзор. Обработка радиолокационной информации- процесс приведения получаемой РЛС информации в пригодный для дальнейшей передачи вид. Первоначальная обработка радиолокационной информации осуществлялась оператором РЛС, который наблюдал за воздушной обстановкой на экране индикатора кругового обзора. Первичная обработка заключается в обнаружение сигнала цели и измерении ее координат с соответствующим качеством или погрешностями. Обнаружение цели. Радиолокационная цель как правило порождает несколько сигналов, превышающих порог обнаружение, в соседних ячейках Совокупность таких сигналов ( вместе с амплитудами) затем используется при ин- терполяции(Скользящего окна) для получения более точных результатов измерения. Окно следования РЛС представлена на (рисунке 3.1) на нем показано как дальность цели равномерно движется водном направлении. ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 52 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рисунок 3.1 Окно следования РЛС Площадь окна сопровождения равна окна, при примерно известном направлении движения цели, но т.к. цель движется окно следования нужно передвигать в зависимости от направления движения целей. Перемещения окна происходит с помощью координат (x,y) по формуле 𝑦 = ц ∗ 𝑠𝑖𝑛Пц 𝑥 = ц ∗ 𝑐𝑜𝑠Пц Sокна=(31*ΔD)*(18Δхаз)=8569,68 м при первом обзоре равна и равна окнам при последнем обзоре. Усредняя передвижение окна следования по нескольким отсчетам с целью понять с какой скоростью ив каком направления движется цель. Далее можно будет понять в какую сторону и на какое значение (x,y) передвигать окно. 3.3 Разработка алгоритма дальности. Алгоритм определения дальности протяженной надводной цели Рисунок 3.2 включает следующие этапы Алгоритм определения дальностиосновывается на определении геометрического центра протяжённого надводного объекта по дальности. 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 Sц=f(D,П ц )| Uп=140 0-50 50-100 100-150 150-200 200-250 П ц D ц ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 53 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим При определении дальности до цели необходимо учитывать цену дис- крета по дальности. Она будет зависеть от выбранной Дистанции обработки в окне управления РЛМ вовремя записи первичной РЛИ. Алгоритм определения дальности до ПНО (Рисунок 3.2) состоит из следующих действий ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 54 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Блок априорных данных ц, Преобразование номера отсчета по дальности в дальность в метрах, по Преобразование формуле 𝐷ц(м) = 𝐷𝑛 ∗ Определение количества дискретов дальности в которых амплитуда превышает пороговое значение Nсч-д Устройство синхронизации Поиск позиции начальной позиции по дальности n 0 ПРМ РЛС Вычисление центра цели по дальности ц = 𝑛0 +сч − д 2 АЦП Формирование окна считывания ПРЛИ Поиск максимальной амплитуды для каждого дис- крета дальности I ≤ Nобз ц ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 55 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Рис Алгоритм определения дальности Вывод разработанный алгоритм определения дальности ПНО позволяет по результатам обработки первичной РЛИ вычислить геометрический центр цели по дальности и относительно него определить дальность до цели в полученном окне информации. ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 56 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Глава 4 Оценка ошибок определения дальности для разработанного алгоритма при различном времени усреднении (t уср1 = 9 с t уср2 =15 с t уср3 =21с; t уср4 =27 с. 4.1. Оценка ошибок определения дальности протяженной надводного обьекта потрем обзорам. Для оценки ошибок определения координат протяжённого надводного объекта проведём на основе метода скользящего среднего при различных значениях времени усреднения. Для оценки ошибок определения дальности до цели, воспользуемся данными полученными в результате обработки данных полученных в результате записи 50-ти обзоров РЛС. Материалы записи радиолокационных сигналов, отражённых от протяжён- ной надводной цели с использованием РЛС “Балтика” Из приложения Таблица 3 Построим график зависимости среднеквадратичного отклонения потрем об- зорам.(Рис.4.1) Рис – График зависимости дистанции цели от отчетов трем обзорам y = -13,35x + 2658,5 R² = 0,9993 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 ц ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 57 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим Построим график , шумовой состовляющей дальности цели вычисленного согласно разработанного алгоритма от числа обзоров РЛС на интервале наблюдения н, где число обзоров РЛС.(Рис.4.2) Рис График шумовой состовляющей дальности цели В результате расчетов было получено значение СКО=4,9 м С помощью данных проведем сравнительный анализ ошибок. Считаем, что ошибки распределены по нормальному закону и построим графики распределения ошибок для дальности .( Рис. 4.3) Рис y = -0,0003x - 0,0029 R² = 8E-07 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 Dц-шума 3 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 ц ВКР.766.02.РТС2022.ПЗ 58 Лист Дата Подп. № докум. Лис. Вим График распределения ошибок определения дальности для усреднения потрем обзорам |