авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ РОССИИ 6 ...»

-- [ Страница 2 ] --

Для исследований использовалась приемопередающая аппаратура трехсантиметрового диапазона с шириной диаграмм направленности излучающей и приемной антенн 1.5 и 3° со ответственно, описание которой дано в статье М. Е. Ровкина, М. В. Крутикова, А. А. Меще рякова и др.1. Для исследования корреляции искажений использовались три приемных пунк та, разнесенных на расстояние около 8 км. Были выбраны несколько позиций источника из лучения, имеющих характерные отличия друг от друга. Среди набора трасс, полученных при указанных позициях источника излучения и расположении точек приема, имелись трассы прямой видимости, полузакрытые трассы и трассы с большими углами закрытия различной протяженности (табл. 1). Закрывающим препятствием являлся лесной массив высотой около 20 м, расположенный на неровном рельефе с перепадом высот до 40 м.

Огибающие импульсного радиосигнала в точках приема регистрировались в шкале времени, связанной с моментом излучения с точностью до 10 нс. Это обеспечило прове дение анализа не только искажений огибающей, но и времени прихода парциальных лучей принимаемого сигнала относительно момента излучения в различных условиях проведе См. наст. вып. журн., с. 7–12.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. Таблица Трасса Параметр Номер Номер позиции Характеристика Угол закры тия Расстояние Длина приемного источника излучения трасс со стороны источника до препятствия, м трассы, м пункта Открытые 0 2 320 16 и полузакры тые 4 1 4 800 23 2 1 745 15 – Полузакры тые 0 948 19 и закрытые 5 1 1 354 25 2 417 18 С большим 0 911 29 1° углом закрытия 6 1 1 336 34 1° 2 720 1° ния эксперимента. Источник излучения использовался в режиме кругового сканирования по азимуту, что статистически эквивалентно равномерному распределению угла между осью диаграммы направленности источника излучения и направлением на приемный пункт в азимутальной плоскости.

Измерения проводились в сентябре uн = 2° Трасса 4–0 1996 г. и июле 1997 г. на девяти трассах, расположенных в южной части Томской 0. области. Были зарегистрированы от 15 до 38° 60° 80 серий измерений на каждой трассе, каж 0. дая из которых включала от 1700 до 139° реализаций сигналов, полученных за один полный оборот антенны источника излуче t, мкс 0 0.25 0.5 0.75 ния. На позиции источника излучения № uн = 14° измерения были повторены дважды с ин Трасса 5– тервалом в один год.

39° 0. На рис. 1 приведены примеры реализа 1° ций огибающей импульсного сигнала uн ( t ) 0. на выходе приемника, нормированных по 15° амплитуде с помощью АРУ, при нескольких t, мкс азимутальных положениях антенны передат 0.25 0.5 0.75 чика2. Номера трасс, указанные на рисунке, uн Трасса 6– 171° = 0° содержат номер позиции передатчика и через тире – номер приемного пункта (см. табл. 1).

0. 161° Параметром кривых является угол между 30° осью диаграммы направленности излучаю 0. щей антенны и направлением на соответст вующий приемный пункт. Из рисунка видно, t, мкс 0 0.25 0.5 0.75 что на всех трассах принимаемый сигнал Рис. Нулевое значение по оси времени совпадает с моментом излучения с точностью до постоянной задержки.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== имеет искажения, вызванные интерференцией запаздывающих друг относительно друга ком понентов. Наиболее сильные интерференционные искажения наблюдаются при ориентации передающей антенны, отличной от направления на приемный пункт. На полузакрытой трассе 4–0 искажения в основном касаются средней и задней частей импульса. На закрытых трассах 5–0 и 6–2 искажения наблюдаются на протяжении всей длительности импульса. При этом кроме искажения огибающей наблюдается кажущееся смещение временнго положения сиг нала. Особенно сильно это проявляется на трассе 6–2 с большим углом закрытия. Кажущимся это смещение является потому, что в данном случае имеет место интерференция двух сигна лов – прямого и отраженного, – но прямой сигнал мал по амплитуде и незаметен на фоне за паздывающего по времени отраженного сигнала.

Наблюдения реализаций огибающих подтверждают выдвинутое ранее предположение о сильном влиянии ориентации остронаправленной излучающей антенны на структуру много лучевости. Задержки запаздывающих лучей в некоторых случаях достигают 1 мкс и более.

Для статистического анализа искажений принимаемого сигнала были подвергнуты обработке реализации огибающих на каждой из девяти используемых трасс. По ансамблю n нормированных по амплитуде реализаций sij ( ), i = 1, …, n, полученных на каждой трассе j за весь период измерений, рассчитывались следующие величины и функции:

• среднее значение огибающей сигнала в момент времени относительно начала им sij ( ) ;

1n пульса на j-й трассе) s j ( ) = n i = • отклонение огибающей i-й реализации от среднего значения в момент времени отно сительно начала импульса на j-й трассе sij ( ) = sij ( ) s j ( ) ;

• средний квадрат отклонений огибающей в момент времени относительно начала им sij ( ) ;

1n пульса на j-й трассе 2 ( ) = j n i = • ковариация отклонений огибающей в момент времени относительно начала импульса sij ( ) sim ( ) ;

n j и m 2 ( ) = на трассах jm n i = • усредненный по ширине импульса T коэффициент корреляции отклонений принимаемых в пространственно разнесенных точках огибающих сигналов r jm = 2 ( ) T 1 jm d ;

T j ( ) m ( ) • усредненный по ширине импульса T коэффициент вариации (отношение среднеквадра тического отклонения к среднему значению случайной величины) огибающей на j-й T s j () 1 j ( ) T трассе v = d.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. sj, j sj, j Пункт 1 Пункт 0.75 0. Пункт 0.50 0. Пункт Пункт 0.25 0. Пункт, мкс, мкс 0 0.25 0.50 0.75 0.25 0.50 0. а б Рис. На рис. 2 приведены средние значения s j ( ) (непрерывные линии) и среднеквадрати ческие отклонения j ( ) (штриховые линии) огибающей принятого в трех приемных пунктах сигнала при расположении источника излучения на четвертой (рис. 2, а) и на шес той позициях (рис. 2, б). Из рисунка видно, что усредненная огибающая сигнала при произ вольной ориентации излучающей антенны зависит от типа трассы, значительно искажаясь на закрытых трассах. При этом задний фронт принимаемого сигнала существенно затягива ется за счет отражений от подстилающей поверхности. На всех трассах наблюдаются флук туации формы огибающей принимаемого сигнала, увеличивающиеся на закрытых трассах, особенно в области больших задержек.

В табл. 2 приведены коэффициенты вариации огибающей сигнала v. Как видно из нее, коэффициент вариации изменялся от 0.4 на открытых трассах до 1.1 на закрытых, свидетельствуя о значительных флуктуациях огибающей принимаемого сигнала, сравни мых с ее средним значением. В табл. 3 приведены коэффициенты корреляции отклонений огибающей сигналов в двух пространственно разнесенных точках. Коэффициент корреля ции при разнесении точек приема на угол = 11… 44° не выходит из интервала ±0.4, приближаясь к нулю на открытых трассах.

Данные табл. 2 и 3 означают, что флуктуации формы сигналов при приеме бокового излучения существенны и при этом некоррелированны или слабокоррелированны при уг ловом разнесении точек приема, превышающем в семь раз ширину диаграммы направлен ности источника излучения.

Проведенный анализ показывает, что прием бокового излучения остронаправленных источников на наземных трассах сопряжен со значительными искажениями сигналов вследствие многолучевости распространения. При этом величина искажений зависит от Таблица Таблица Номер Год про- Точки приема Номер Год про- Точка приема позиции ведения позиции ведения 0–1 1–2 0– 0 1 источника измере-,,, источника измере …° r …° …° излучения ний r r излучения ний 4 16 0.11 44 0.01 28 0. 4 0.44 0.42 0. 1996 5 14 0.11 39 0.12 25 – 0. 5 0.95 0.39 0. 11 0.20 27 0.12 16 – 0. 0.33 0.92 1. 1997 11 0.32 27 – 0.28 16 – 0. 1997 0.67 0.69 0. Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== типа трассы: на открытых трассах искажения меньше, на закрытых – больше. Такая зави симость объясняется тем, что соотношение амплитуд прямого и запаздывающих компо нентов сигнала, от которого и зависит величина наблюдаемых искажений, определяется высотой препятствия и близостью его расположения к одному из концов трассы.

Наблюдавшееся отсутствие корреляции искажений на соседних трассах несмотря на наличие одних и тех же рассеивателей вызвано разными временными задержками и коэф фициентами отражения при распространении сигнала от рассеивателей к пространственно разнесенным точкам приема. Вследствие этого вклады от каждого рассеивателя в результи рующий сигнал различны для каждой точки приема и искажения некоррелированны.

При неизбежности работы по боковому излучению источников радиосигналов, как это имеет место, например в пассивных системах радиолокации, в разработке методик оценки параметров сигналов необходимо учитывать выявленные особенности приема та кого излучения. Методики, использующие критерий максимального правдоподобия, раз работанные для случая нормальной помехи [6], дают в таких случаях значительную мето дическую погрешность из-за существенного искажения принимаемого сигнала по сравне нию с опорным. Взаимокорреляционный метод, используемый при оценивании разности моментов прихода импульсных сигналов в пространственно разнесенные точки, также подвержен погрешностям вследствие их значительных некоррелированных флуктуаций.

Библиографический список 1. Barton D. K. Radar multipath theory end experimental data // Int. conf. "Radar-77", 25–28 October 1977, London. London: IEE, 1977. P. 308–312.

2. Herben M. H. A. J. Multipath propagation experiments on 2-km line-of-sight path at 30 GHz // Radio sci ence. 1988. Vol. 23, № 3. P. 419–427.

3. Lange O. E. Propagation studies at microwave frequencies by very short pulses // Bell syst. nech. J. 1952.

Vol. 31, № 1. P. 91–103.

4. Meadows R. W., Lindgren R. E., Samuel J. C. Measurement of multipath propagation over a line-of-sight radio link at 4 Gc/S using frequency-sweep technique // Proc. IEE. 1966. Vol. 113, № 1. P. 41–48.

5. Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Пер. с англ.;

Под ред. И. А. Овсеевича. М.:

Сов. радио, 1973. 304 с.

6. Радиотехнические системы: Учеб. пособие для вузов по спец. "Радиотехника" / Ю. П. Гришин, В. П. Ипа тов, Ю. М. Казаринов и др.;

Под ред. Ю. М. Казаринова. М.: Высш. шк., 1990. 496 с.

V. Yu. Lebedev Tomsk state university of control systems and radioelectronic Distortion statistics of ground-based radar lateral radiation signal at receiving point Results of researches of pulse signal distortion radiated from ground-based radar with narrow-band antenna on forest terrain radio path are published.

Multipath propagation, pulse signal, directional diagram, lateral radiation, signal envelope distortion, spatial correlation Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. УДК 621.371. В. Ю. Лебедев Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Статистические характеристики задержек импульсных сигналов и их разностей в разнесенных пунктах приема на наземных трассах Исследуются зависимости задержек и их разностей от ориентации диаграммы направленности источника излучения в азимутальной плоскости на наземных трассах, проходящих по слабопересеченной лесистой местности.

Импульсный радиосигнал, измерения моментов прихода, трассовая составляющая погрешности измерения, гистограммы плотности распределения Временные задержки радиосигналов несут важную информацию о длине трассы и о моменте их излучения, используемую в радиолокационных, радионавигационных и связных системах. От точности измерения задержки зависят потребительские характеристики дан ных систем. К настоящему времени проведено множество исследований задержек радио сигналов на связных трассах, когда антенны источника и приемника направлены друг на друга. В то же время автору настоящей статьи неизвестны исследования, опубликованные в открытой печати и посвященные влиянию земной поверхности на разность моментов при хода сигнала в пространственно разнесенные точки приема, как это характерно для много позиционных радиолокационных систем.

Цель настоящей статьи – представление результатов исследования влияния трасс на флуктуации задержек и разностей задержек сигналов импульсной радиолокационной станции (РЛС) с остронаправленной случайно ориентированной в азимутальной плоскости антенной.

Проведенный анализ основан на совокупности экспериментальных записей огибаю щей радиосигналов в трех приемных пунктах, связанных системой временнй синхрониза ции с источником излучения1. В качестве последнего использовалась импульсная РЛС трехсантиметрового диапазона с шириной диаграммы направленности излучающей антен ны 1.5°. Источник излучения работал в режиме кругового сканирования по азимуту с посто янной угловой скоростью. Это позволило восстановить угловое положение излучающей ан тенны для каждой записи огибающей сигнала с точностью до 1°. Огибающие регистрирова лись на девяти трассах, сгруппированных по три трассы с общим источником излучения.

Таким образом, каждая группа трасс характеризовалась одной и той же местностью, но при разных ракурсах наблюдения. Характеристики трасс представлены в табл. 1.

Образцы записей огибающей за один оборот излучающей антенны представлены на рис. 1. По горизонтальной оси отложен угол отворота излучающей антенны от направ См. наст. вып. журн., с. 3–4, 7–12.

© Лебедев В. Ю., Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== Таблица Трасса Параметр Номер позиции Номер Характеристика Угол Угловое разнесе- Расстояние Длина источника излучения приемного трасс закрытия ние относительно до края лесного трассы, м пункта приемного массива, м пункта 0, … Открытые 0 0 2320 и полузакры тые 4 1 – 16 4800 2 28 1745 – Полузакры тые 0 0 948 и закрытые 5 1 – 14 1354 2 25 417 С большим 0 0 911 1° углом закрытия 6 1 – 11 1336 1° 2 16 720 1° ления на приемный пункт, по вертикальной – временные задержки относительно наи более раннего момента прихода сигнала из всей совокупности сигналов, зарегистрирован ных за один оборот излучающей антенны. Мгновенные значения амплитуды огибающей u (, ) относительно уровня шума представлены градациями серого в соответствии с показанной справа от рисунка шкалой. На рис. 1, а представлены реализации огибающих, зарегистрированные на позиции источника излучения 4, на рис. 1, б – на позиции 5 и на рис. 1, в – на позиции 6.

Из анализа представленных записей следует, что на закрытых трассах (рис. 1, б и в) име ется характерная зависимость временнго положения переднего фронта и максимума огибаю щей от направления излучения сигнала.

Для исследований статистических ха-, мкс u, дБ А,дб,нс рактеристик временных задержек сигналов 0. в каждом приемном пункте были проведе 600 0.50 ны независимые измерения моментов при 0.25 хода по положению переднего фронта оги, … ° 0,° бающей сигнала. Для уменьшения влияния -150 -100 -50 0 50 100 – 180 – 90 0 а шумов приемников на результаты исследо-, мкс u, дБ ваний сигналы с отношением "сигнал/шум" менее 10 дБ отбраковывались. Времення 0.75 600 Вре мя, нс 0. задержка сигнала определялась как время 0. между моментом прихода сигнала и мо 0, … ° ментом его излучения за вычетом времени -150 -100 -50 0 50 100 Угол отворота, град.

– 90 0 б распространения по кратчайшему пути до u, дБ данного приемного пункта. Разности вре менных задержек формировались из вре 48 В ре мя, нс менных задержек одного и того же сигнала, 0.50 принятого в двух пространственно разне 16 сенных пунктах при условии совместного, … ° -150 -100 -50 0 50 100 Угол отворота, град.

– 180 – 90 0 в превышения порога отбраковки. Средне Рис. ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. квадратическая шумовая и аппаратурная,, нс Трасса 4–0 погрешности измерения моментов прихода в сумме не превышали 12 нс.

Измерения группировались в интер валах углового положения диаграммы на правленности в 10. В каждый угловой ин тервал попадало до 1500…2500 отсчетов.

, … ° Группировка измерений, полученных за – 180 – 90 0 несколько периодов сканирования в угло,, нс Трасса 5–0 вых интервалах, позволила оценить стати стические характеристики временных за держек сигнала в зависимости от направ ления излучения.

Для каждого интервала азимутального положения излучающей антенны были рас, … ° считаны зависимости среднего значения и – 180 – 90 0 стандартного отклонения временных за,, нс Трасса 6–2 держек от отворота оси диаграммы направ ленности излучающей антенны от направле ния на приемный пункт. На рис. 2 приведе ны несколько зависимостей для трасс рас пространения сигнала2.

Анализ приведенных зависимостей, … ° показал, что на всех трассах наблюдалась – 180 – 90 0 Рис. более или менее существенная статистиче ская зависимость задержки сигнала от направления излучения в азимутальной плоскости, проявляющаяся в увеличении задержки при отвороте излучающей антенны от направле ния на приемник. При незначительных отворотах от линии "передатчик – приемник" на закрытых трассах эта зависимость близка к параболической. Зависимость задержки сигна ла от направления излучения сильнее выражена на закрытых трассах из-за существенного ослабления прямого сигнала. Вид зависимости временных задержек значительно различа ется для разных положений приемного пункта. Чем больше угловое разнесение приемных пунктов, тем менее гистограммы похожи друг на друга. Показательно, что при ориента ции излучающей антенны на приемный пункт времення задержка и ее флуктуации ми нимальны. Это подтверждает результаты, полученные другими авторами на связных трас сах, свидетельствующие о том, что флуктуации временнй задержки при направленных друг на друга излучающей и приемной антеннах не превышают единиц наносекунд.

Подобное поведение временных задержек сигнала на приземных трассах объясняется тем, что в точке приема наблюдалась многолучевая структура принимаемого сигнала, обра Номер трассы составлен из номера позиции источника излучения и номера точки приема, разделенных ти ре. Маркеры отражают результаты измерений.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== зованная прямым сигналом и сигналами, отраженными от неровностей подстилающей по верхности3. Временные задержки отраженных сигналов определялись расположением не ровностей на подстилающей поверхности и изменялись с течением времени мало.

Напротив, амплитуды отраженных сигналов зависят от множества факторов, и, в частно сти, от ширины и ориентации диаграммы направленности источника излучения. При отвороте узконаправленной излучающей антенны от направления на приемный пункт начинают интен сивно облучаться более удаленные от линии трассы неровности и спектр задержек смещается в сторону более запаздывающих компонентов сигнала. На закрытых трассах прямой сигнал дополнительно ослабляется препятствием, и на его фоне становятся заметны более мелкие и более удаленные неровности подстилающей поверхности, что приводит к еще большему сме щению спектра задержек. Именно это и наблюдалось в описанном эксперименте.

Практически важным случаем является измерение разности временных задержек сигна лов в пассивной разностно-дальномерной системе. Для достижения высокой точности оценки координат источника излучения приемные пункты такой системы должны быть разнесены на расстояние, соизмеримое с дистанцией до источника. Если при этом источник излучения имеет узконаправленную в азимутальной плоскости антенну, то обычно только один прием ный пункт облучается главным лепестком его диаграммы направленности, а остальные – на ходятся в зоне бокового излучения. В этом случае погрешность измерения разности времен ных задержек определяется погрешностью измерения временнй задержки при приеме боко вого излучения, которая, как видно из рис. 1, может достигать 900 нс на закрытых трассах.

В табл. 2 приведены средние значения и среднеквадратические отклонения разности временных задержек, измеренных в пространственно разнесенных точках приема, а также коэффициент корреляции r этих задержек. Для построения этой таблицы использованы данные, полученные за весь период измерений (несколько часов) на каждой позиции источ ника излучения при круговом сканировании излучающей антенны в азимутальной плоскости.

Из табл. 2 видно, что на открытой позиции источника излучения (поз. 4) среднее значение разности близко к нулю, в то время как на закрытых позициях источника излу чения (поз. 5 и 6) оно оказывается значительным. Среднеквадратическое отклонение разно сти задержек на закрытых трассах по сравнению с открытыми существенно возрастает (до 10 раз). Коэффициент корреляции оказывается значительным только на закрытых трассах при малом угловом разнесении приемных пунктов. Статистические характеристики пар Таблица Номер Год про- Точки приема позиции ведения 0–1 1–2 0– источника измере, нс, нс, нс, нс, нс, нс излучения ний r r r 4 4 36 0.14 3 37 0.12 –4 29 0. 5 – 194 219 0.13 – 48 163 – 0.43 33 107 – 0. 29 117 0.33 155 270 0.04 131 376 0. 1997 2 156 0.71 – 24 144 0.15 – 82 217 – 0. См. наст. вып. журн., с. 30–35.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. временных задержек на одних и тех же закрытых трассах (последние две строки табл. 2) с течением времени существенно изменяются.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что статистические характеристики измерений временных задержек на наземных трассах сильно зависят от ха рактера трассы. Вероятностное распределение задержек изменяется в зависимости от ори ентации излучающей антенны. Эта зависимость ярко выражена на закрытых трассах. Вид зависимости индивидуален для каждой трассы и изменяется с течением времени мало.

V. Yu. Lebedev Tomsk state university of control systems and radioelectronic Pulse delays and their differences statistics at spaced receiving points on terrestrial paths Dependences of delays and their differences on direction of an orientation diagram of a radiation source in an azimuthally plane at the ground lines passed on slow crossed woody district are investigated.

Рulse signal, time arrival measurements, propagation component of measurement error, density histograms Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

УДК 621.371. В. Ю. Лебедев Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Связь элементов рельефа местности с задержкой импульсных сигналов сантиметрового диапазона на приземных трассах распространения Описаны экспериментальные исследования зависимости временных задержек сигналов от элементов подстилающей поверхности на приземных трассах дифракционного типа, проходящих по слабопересеченной лесистой местности. Рассматриваются вопросы связи геометрии препятствия, диаграммы направленности источника излучения в азимутальной плоскости и временных задержек импульсных сигналов на трассе распространения.

Импульсный радиосигнал, многолучевое распространение, диаграмма направленности, граница леса, рассеяние на неровностях подстилающей поверхности Одним из механизмов распространения радиоволн на приземных трассах является рассеяние на неровностях подстилающей поверхности. Существуют модели интерференци онного типа, где результирующий сигнал является суммой множества сигналов, в том числе и рассеянных на неровностях подстилающей поверхности [см. лит.]. К сожалению, эти мо дели непригодны для расчета сигналов на приземных трассах, так как невозможно учесть каждую неровность, вносящую вклад в результирующий сигнал. В настоящей статье дела ется попытка связать временню задержку сигнала в точке приема с определенными эле © Лебедев В. Ю., Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== ментами рельефа местности без расчета электромаг- Приемная антенна нитного поля, сопряженного со значительными труд ностями. Выявление этой связи позволит предсказы вать поведение временнй задержки принимаемого сигнала на приземных трассах.

Проведенные исследования, результаты кото Граница геометрической тени рых обсуждены в помещенной в настоящем выпуске R2 ( ) журнала статье, показали, что на закрытых трассах R существует статистическая зависимость временнй задержки сигнала от направления его излучения в азимутальной плоскости. В рамках модели прини маемого сигнала в среде с рассеивателями, рассмот R1 ( ) ренной в статье автора2, этот факт объяснялся влия нием излучающей антенны как пространственного фильтра. В таком случае рассеянный сигнал в точке приема формируется теми неровностями, которые в Диаграмма направленности данный момент облучаются главным лепестком диа- Передающая передающей граммы направленности излучающей антенны. При антенны антенна оценке временнй задержки по положению передне- Рис. го фронта огибающей сигнала, как это выполнялось в эксперименте1, зависимость задержки от направления излучения проявляется тогда, когда результирующий сигнал в точке приема в большей степени формируется рассеянным сиг налом. Такое возможно на закрытых трассах, когда сигнал бокового излучения источника дополнительно ослаблен закрывающим препятствием и при отвороте излучающей антен ны от направления на приемник наблюдается в точке приема с низкой вероятностью. Па раболическая зависимость времени задержки результирующего сигнала, отмеченная в статье1, проявляется в том случае, если неровности расположены в линию перпендику лярно трассе. Данный факт указывает на то, что неровности, участвующие в формирова нии рассеянного сигнала в точке приема, расположены на границе геометрической тени закрывающего препятствия. Подобную ситуацию иллюстрирует рис. 1.

В рассматриваемом эксперименте препятствие представляло собой кроны деревьев на границе леса. Времення задержка рассеянного неровностями на границе препятствия сигнала относительно прямого сигнала может быть определена из геометрических соот ношений по формуле R0 + R1 ( ) 2 R0 R1 ( ) cos R0 + R1 ( ) R ( ) + R2 ( ) R 2 ( ) = 1 =, (1) c c где ( ) – времення задержка рассеянного сигнала относительно прямого;

– угол между осью диаграммы направленности (ДН) передающей антенны и направлением на приемный См. наст. вып. журн., с. 36–40.

Там же, с. 30–35.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. пункт;

R1 ( ), R2 ( ) – расстояния от точки пересечения оси ДН источника излучения и пре пятствия до передающей и приемной антенн соответственно;

R0 – расстояние между фазо выми центрами передающей и приемной антенн;

c – скорость распространения радиоволн.

При малых углах отворота передающей антенны от направления на приемный пункт зависимость временнй задержки от близка к параболической:

( ) R1 2 ( 2c ). (2) Именно такая зависимость временнй задержки наблюдалась в секторе углов отво рота порядка 30…60° при экспериментальных измерениях3.

Для проверки гипотезы о том, что экспериментальная зависимость вида (2) действи тельно является следствием рассеяния радиоволн на экранирующем препятствии, было произведено сравнение экспериментально измеренных задержек и задержек, рассчитанных по формуле (1) с использованием топографических планов передающих позиций. Планы позиций, приведенные на рис. 2, составлены с помощью высокоточной геодезической аппа ратуры. Рис. 2, а соответствует позиции передатчика 5, а рис. 2, б – 6. На планах тонирован ной полосой показана граница леса, окружающего позиции. Прямыми линиями с цифрами от 0 до 2 указаны направления на приемные пункты с соответствующими номерами.

На рис. 3 точками указаны измеренные временные задержки на трассах между пози циями передатчика 5 (рис. 3, а) и 6 (рис. 3, б) и приемным пунктом 0, а сплошной линией – рассчитанные по формуле (1). Поведение временных задержек, показанное на этом ри сунке, имеет характерный для данных трасс вид.

В таблице приведены значения вероятности совпадения с точностью до 50 нс изме ренных и рассчитанных по планам местности временных задержек сигнала, полученные при обработке всех имеющихся данных.

С 100 м 100 м 41;

С 1336 м Позиция передатчика 51;

37;

948 м 52;

№5 1354 м 911 м 68;

421 м 76;

417 м Позиция передатчика № а б Рис. Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6======================================, мкс, мкс 0.75 0. 0.50 0. 0.25 0. 0, … °, … ° – 90 0 – 180 – 60 – 30 а б Рис. Из таблицы видно, что в зависимости от условий распространения на закрытых трас сах до 90 % (в среднем около 50 %) измерений временных задержек производилось по сиг налу, рассеянному неровностями, находящимися Номер Год про- Пункт приема на границе геометрической тени закрывающего позиции ведения препятствия. Достоверность этого вывода под 0 1 источника измере- Вероятность совпадения тверждена значительным объемом эксперимен- излучения ний задержек, % тального материала, полученного в разное время 5 29 12 61 19 года с помощью измерительного комплекса с 1997 68 41 малыми аппаратурными погрешностями.

Библиографический список Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Пер. с англ.;

Под ред. И. А. Овсеевича. М.: Сов.

радио, 1973. 304 с.

V. Yu. Lebedev Tomsk state university of control systems and radioelectronic Relation between relief elements and x-band pulse delays on terrestrial paths Experimental researches of dependence of signals time delays from a spreading surface elements on diffraction type ground lines, tracing throw slowly crossing woody district are de scribed. Questions of connection of an obstacle geometry, radiation source orientation diagram in an azimuthally plane and pulse signals time delays at a distribution line are considered.

Pulse radio signal, multipath propagation, antenna directional diagram, forest boundary, surface irregularities scattering Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== УДК 621.396.98- В. Г. Корниенко, В. Ю. Лебедев, М. В. Крутиков Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Синхронизация пространственно-разнесенных пунктов радиотехнической системы с использованием многоточечного измерения взаимной корреляционной функции запросных и ответных сигналов Исследуется точность запросного метода синхронизации пространственно-разнесен ных пунктов радиотехнических систем, использующего М-последовательность. Обсужда ются преимущества многоточечного метода формирования временной дискриминационной характеристики по сравнению с двухточечным методом. Приведены характеристики вза имной корреляционной функции запросных и ответных сигналов на наземной трассе.

Синхронизация, псевдослучайная последовательность, двухточечный и многоточечный сдвиг ПСП, метка времени, квадратуры, точность Предлагается метод синхронизации шкал времени (ШВ) в разнесенных в простран стве пунктах радиотехнической системы (РТС) с использованием многоточечного вычис ления взаимной корреляционной функции (ВКФ) опорного и принимаемого шумоподоб ных сигналов в окрестности максимума ВКФ [1]. Цель настоящей статьи – выявить иска жения ВКФ, возникающие под влиянием процессов, происходящих на трассе распростра нения радиоволн, и оценить соответствующие погрешности синхронизации.

Экспериментальная аппаратура состояла из двух идентичных приемопередающих комплектов, отличающихся частотами приема/передачи. Прямой канал передачи "центр – периферия" работает на центральной частоте 1065 МГц, обратный – "периферия – центр" – на центральной частоте 625 МГц. Использование частотного разнесения каналов цен трального пункта (ЦП) и периферийного пункта (ПП) позволяет осуществлять непрерыв ную синхронизацию ПП с контролем качества синхронизации и определением временной задержки при распространении сигнала синхронизации от центра к периферии и обратно.

Применялась двоичная фазовая манипуляция несущей частоты псевдослучайной М-по следовательностью длиной 1023 бита;

тактовая частота псевдослучайной последователь ности (ПСП) – 10.08 МГц. Антенная система ЦП на каждом из двух диапазонов состояла из восьмиэлементной антенны типа "мальтийский крест" с шириной диаграммы направ ленности (ДН) в вертикальной плоскости около 10 и круговой ДН в горизонтальной плоскости. Антенная система ПП на каждом из двух диапазонов состояла из восьмиэле ментной антенны типа "волновой канал" с шириной ДН в вертикальной плоскости 40 и в горизонтальной плоскости 44.

© Корниенко В. Г., Лебедев В. Ю., Крутиков М. В., ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. Структурная схема приемопередатчика Управление, контроль Передатчик системы синхронизации представлена на ПСП рис. 1. ПСП1 модулировал несущую частоту Управление, контроль обработки сигнала Блок цифровой Приемник ПСП передатчика по фазе. Модулированный ши рокополосный сигнал излучался антенной. IQ Цифровая шина Принимаемый сигнал умножался на ПСП2, АЦП сдвигаемую относительно ПСП1. Далее сиг Цифровая шина нал разлагался на квадратуры и поступал на АЦП цифровой интегратор. С выхода цифрового интегратора снимались отсчеты ВКФ. Компьютер Временнй сдвиг ПСП2 относительно Рис. ПСП1, при котором ВКФ достигала макси мума, равен задержке принимаемого сигнала относительно излученного. Если на ПП вре менной сдвиг между ПСП1 и ПСП2 зафиксировать, то измеренная задержка будет пропор циональна времени распространения радиосигнала от центра к периферии и обратно. Мак симум ВКФ определялся в два этапа, соответствующих режимам "Поиск" и "Слежение".

В режиме "Поиск" производились периодический сдвиг опорной последовательно сти относительно принимаемого сигнала на 1 3 длительности битового интервала ПСП и вычисление ВКФ. После совокупного сдвига на всю длину опорной последовательности определялось приблизительное положение максимума ВКФ. После этого система перехо дила в режим "Слежение", в котором положение максимума ВКФ уточнялось.

В режиме "Слежение" ВКФ вычислялась по 27 точкам в интервале ± 1 2 длительности битового интервала относительно максимума ВКФ. Определение ВКФ в области максимума по 27 точкам вместо обычно применяемого двухточечного измерения [1], [2] позволило уменьшить ошибку определения задержки, возникающую вследствие искажения формы ВКФ.

По полученной реализации ВКФ вычислялось рассогласование входной и опорной последова тельностей. Для уменьшения влияния шума полученная величина усреднялась за время около 50 мс1. Полученное значение рассогласования использовалось для уточнения временнго по ложения максимума ВКФ и последующей коррекции времени задержки опорной ПСП.

Лабораторные испытания показали, что при отношении сигнал/шум 30 дБ среднеквадра тическая погрешность измерения задержки распространения радиосигнала составила 0.8 нс.

Экспериментальная аппаратура позволяла регистрировать не только задержку, но и форму ВКФ на интервале ±4 бита ПСП относительно ее максимума. Последнее было сде лано для выяснения причин погрешностей синхронизации.

На рис. 2 приведен пример реализации ВКФ, полученной в лабораторных условиях2.

На рисунке видны искажения формы ВКФ вследствие влияния шумов. Кроме того, правая часть ВКФ искажена наложением задержанных сигналов – отражениями в кабелях.

Время усреднения выбиралось с учетом стабильности частоты примененного кварцевого генератора.

ВКФ представлена как зависимость цифрового эквивалента на выходе АЦП N от временнго рассогласо вания.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== N N 60 30 0, нс, нс – 400 – 200 0 200 – 400 – 200 0 Рис. 2 Рис. На рис. 3 изображена усредненная ВКФ по всему ансамблю ее реализаций, полученных в лабораторных условиях. Как видно из рис. 3, форма ВКФ отличается от теоретической тре угольной. Причины этого – ограниченность полосы пропускания и шумы аппаратуры. Боко вые лепестки ВКФ правее главного лепестка свидетельствуют о наличии обратных отражений волн в кабелях, соединяющих аппаратуру ЦП и ПП, задержанных относительно основного сигнала приблизительно на 125 и 170 нс. Ширина ВКФ между ее нулями приблизительно рав на 200 нс при длительности элементарного импульса ПСП 100 нс, что соответствует теории.

Полевые испытания заключались в долгосрочном (в течение месяца) измерении за держки сигналов между ЦП и ПП. Дистанция между пунктами на полуоткрытой трассе [3] составляла 8 157 м (по измерениям с помощью спутниковой навигационной аппаратуры).

На рис. 4 приведен пример диаграммы, полученной в ходе эксперимента, а на рис. 5 – ус редненная по всему ансамблю реализаций ВКФ, полученная при полевых испытаниях.

При регистрации времени задержки в течение одних суток (общее количество зарегист рированных задержек 8 640) ее среднее значение составило 54 876 нс, среднеквадратическое отклонение – 3 нс. Флуктуации задержки большую часть времени не превосходили 15 нс, причем наиболее вероятными были флуктуации, не выходящие за пределы 11 нс. Увеличение флуктуаций задержки по сравнению с лабораторными условиями объяснялось более низким отношением сигнал/шум (15 дБ против 30 дБ).

Сравнение ВКФ, полученных в лабораторных условиях и на реальной трассе, пока зывает, что ВКФ на трассе распространения заметно искажалась, в частности, расширялся ее главный лепесток. В то же время правильная форма усредненной ВКФ (рис. 5) и отсут ствие в ней значительных побочных максимумов свидетельствовали об отсутствии на трассе существенных стабильных отражений.

Для выявления преимуществ применения многоточечного вычисления ВКФ перед двух точечным, обычно применяемым в следящих системах, были обработаны реализации ВКФ, N N 60 30 0, нс, нс – 400 – 200 0 200 – 400 – 200 0 Рис. 4 Рис. ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. зарегистрированные как в лабораторных, так и в полевых условиях. Вычислялась ошибка сле жения при 27-точечном и при двухточечном измерении ВКФ. Применение предлагаемого ме тода многоточечного слежения вместо двухточечного позволило уменьшить среднеквадрати ческое отклонение синхронизации в три раза при отношении сигнал/шум 29 дБ (в лаборатор ных условиях) и в 3.5 раза при отношении сигнал/шум 15 дБ (в полевых условиях).

Библиографический список 1. Радиосистемы передачи информации / В. А. Васин, В. В. Калмыков, Ю. Н. Себекин и др. М.: Горячая линия – ТЕЛЕКОМ, 2005. 472 с.

2. Система синхронизации наземного радиофизического комплекса // В. П. Денисов, М. В. Крутиков, В. Ю. Ле бедев и др. // Мат-лы IX междунар. науч.-технич. конф., 22–24 апреля, 2003 г., Воронеж: Воронеж: Изд-во ООО НПФ "САКВОЕЕ", 2003. С. 1515–1526.

3. Справочник по радиорелейной связи / Н. Н. Каменский, А. М. Модель, Б. С. Надененко и др. М.: Ра дио и связь, 1981. 416 с.

V. G. Kornienko, V. Yu. Lebedev, M. V. Krutikov Tomsk state university of control systems and radioelectronic Synchronization of spatially carried items of radio engineering system with use of multipoint measurement of mutual correlation function of request and backward signals Accuracy of request method of synchronization of the spatially-carried items of radio engi neering systems with use of M-sequence is search. Advantages of a multipoint method of formation of the time discrimination characteristic in comparison with double-point are discussed. Character istics of mutual correlation function requesting and backward signals on a ground line are resulted.

Synchronization, pseudorandom sequence, two points and multi points shifting of PRS, time marker, quadrature, accuracy Статья поступила в редакцию 14 ноября 2006 г.

УДК 621.371.242:551. О. Н. Киселев Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Мезомасштабные неоднородности коэффициента преломления приземного слоя атмосферы Показано, что среднеквадратическая величина мезомасштабных флуктуаций ко эффициента преломления в приземном слое атмосферы может быть вычислена, если известны свойства участков земной поверхности (радиационный баланс, скорость ис парения) и метеорологические условия на трассе.

Точность радиолокационных измерений, коэффициент преломления, мезомасштабные флуктуации, подстилающая поверхность, метеорологические условия, радиационный баланс, скорость испарения Радиолокационные системы с высокой измерительной точностью могут не дать ожи даемых результатов из-за ограничений, накладываемых свойствами среды, в которой про © Киселев О. Н., 2006 Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== исходит распространение радиоволн. Одно z v из ограничений связано со случайной реф Тепло ракцией, из-за которой возникают медлен Тепло ные флуктуации измеряемых угловых ко h ординат цели. Поскольку эти эффекты оп ределяются распределением коэффициента преломления n вдоль пути распростране Холод Холод ния радиоволны, возникает необходимость описания структуры поля этой величины x на трассе. В статье предложен подход к решению этой задачи, позволяющий оценить характеристики мезомасштабных (размером от единиц до десятков километров) неоднородностей поля коэффициента преломления в горизонтальной плоскости, возникающих над участками земной поверхности с различаю щимися свойствами (лес, поле, озеро, болото и т. п.).

Локальные горизонтальные изменения n в приземном слое атмосферы определяются пространственными изменениями физических свойств поверхности, в частности, неравно мерным увлажнением и прогревом земли. Основными метеорологическими величинами с точки зрения формирования таких неоднородностей являются радиационный баланс и затра ты тепла на испарение [1]. Разные участки (например, берег и водоем, лес и поле и т. п.) имеют разные значения этих величин, что и определяет различия в температуре и влажности прилегающих к ним слоев воздуха. Вертикальные потоки тепла и влаги формируют зоны с разными свойствами (см. рисунок), которые, ослабевая с высотой за счет перемешивания, исчезают на высоте h. Интенсивность и высота таких локальных атмосферных неоднород ностей зависят от скорости ветра v, контраста наземных "пятен", солнечной радиации и т. п.

Свяжем значения метеовеличин на высоте z над землей с метеорологическими ха рактеристиками земной поверхности (в плоскости x0 y ). В качестве таких характеристик примем радиационный баланс R = R ( x, y ) и скорость испарения E = E ( x, y ). Решение за дачи ограничим стационарными условиями, которые являются типичными для дневных часов летнего периода.

Высотный температурный профиль T ( z ) над поверхностью находится как совмест ное решение уравнений теплопроводности воздуха [2] {k ( z ) [ dT ( z ) dz ]} = d (1) dz и теплопроводности почвы d 2 ( z ) dz 2 = 0, (2) где k ( z ) – коэффициент турбулентности на высоте z ;

T ( z ) – температура в слое возду ха;

( z ) – температура в слое почвы.

Характеристики подстилающей поверхности входят в уравнение теплового баланса [3] в ( dT dz ) ( d dz ) = R LE z = 0, (3) ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. где в и – теплопроводность воздуха и почвы соответственно;

L – скрытая теплота ис парения.

Обозначим через h высоту, где влияние неоднородностей исчезает и температура для любых координат x и y становится одинаковой и равной Th. Для слоя почвы анало гичное условие будет выполняться на глубине H, где температура равна H :

T (z) = Th ;

( z ) = H.

z=H (4) z =h Выражения (4) определяют граничные условия для решения дифференциальных уравнений. Учтем также, что температура поверхности и соприкасающегося с ней воздуха равны: ( 0 ) = T ( 0 ).

Зависимость коэффициента турбулентности от высоты в приземном слое можно ап проксимировать линейной функцией [1], [4] k ( z ) = k1 ( z + z0 ) z1, где k1 – значение коэф фициента турбулентности, измеренного на высоте z1 ;

z0 – параметр шероховатости. Под ставив эту функцию в (1), выполнив операцию дифференцирования и умножив уравнение ( ) на z1 k1, получим ( z0 + z ) d 2T dz 2 + ( dT dz ) = 0.

Выполним замену переменной U = dT dz, понизив порядок уравнения. Для разделе ния переменных перейдем к ln U = ln ( z0 + z ) + ln C1 и проинтегрируем. Получим U = C1 ( z0 +z ) 1.

Возвращаясь к прежней переменной T, после второго интегрирования получим искомое решение T = C1 ln ( z0 + z ) + C2. Тогда решение уравнения (2) будет иметь вид = C3 z + C4.

Постоянные интегрирования находятся из граничных условий (3) и (4).

Для записи результатов в компактном виде введем обозначения T = Th ;

= ln z0 ( z0 + h ) ;

( z ) = ln ( z0 + z ) ( z0 + h ) ;

= [( R LE ) H T ] (H ). (5) С учетом (5) зависимость температуры воздуха от высоты приобретет вид T ( z ) = Th ( z ) ( R LE ) H T ( H ) = Th ( z ).

(6) Удельную влажность q для различных высот также определим из уравнения тепло вого баланса. Запишем его в несколько ином виде [4]:

R = P + B + LE, (7) где P = k ( z ) cв ( dT dz ) ;

B = ( d dz ) ;

E = k ( z ) ( dq dz ) ( и cв – плотность и удельная теплоемкость воздуха соответственно).

Воспользовавшись введенными ранее обозначениями и подстановкой k = E ( dq dz ), с учетом (7) придем к дифференциальному уравнению для влажности: ( dq dz ) ( R B LE ) = Здесь и дальше С с индексами – постоянные интегрирования.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== = Ecв ( dT dz ). Решение его с использованием граничного условия q ( z ) = qh z = h приво дит к зависимости влажности от высоты:

q ( z ) = qh + Ecв H ( + T ) + ( R LE ).

(8) Таким образом, получены соотношения (6) и (8), связывающие температуру и влаж ность над поверхностью земли с ее метеорологическими характеристиками.

Учитывая, что радиационный баланс и затраты тепла на испарение являются пере менными величинами на поверхности (в плоскости x0 y ), определим для заданной высоты температуру и влажность как функции координат точек поверхности, над которыми они рассматриваются: T ( x, y ) = f1 R ( x, y ), LE ( x, y ) ;

q ( x, y ) = f 2 R ( x, y ), LE ( x, y ).

Флуктуации коэффициента преломления n могут быть найдены с использованием известной формулы [5] N = ( 77.6 T )( p + 4810e T ) и с учетом соотношения n = 1 + + N 106. Считая, что направление трассы совпадает с направлением оси 0 y, имеем для изменений коэффициента преломления вдоль этой оси:

( ) ( ) ( ) n = 37.4 102 e T 2 (77.6 106 p T 2 + 74.8 102 e T 3 T + 77.6 106 ( p T ), где e, T, p – флуктуации влажности, температуры и давления соответственно.

Так как последнее слагаемое, определяемое флуктуациями давления, существенно меньше других, связанных с флуктуациями температуры и влажности, возникающими за счет неоднородностей подстилающей поверхности [4], им можно пренебречь. Поэтому имеем ( ) ( ) ( ) n = 37.4 102 e T 2 (77.6 106 p T 2 + 74.8 102 e T 3 T.

(9) Удельная влажность q и парциальное давление водяного пара e связаны соотношением e = qp 0.622, что позволяет по мере необходимости использовать любой из этих параметров.

Флуктуации температуры T и влажности и e (или q ), определяемые метеоро логическими величинами поверхности Земли, можно найти, взяв полную производную температуры (6) и влажности (8) соответственно и заменив дифференциалы соответст вующими конечными приращениями. После этого (9) примет вид n = K1 ( q R ) K 2 ( T R ) R + K1 ( q E ) K 2 ( T E ) E, ( )( p ) ( ) ( ) где K1 = 37.4 102 0.622 T 2 ;

K 2 = 77.6 106 p T 2 + 74 / 8 102 e T 3.

Теперь возможно определить величину флуктуаций коэффициента преломления по флуктуациям радиационного баланса R и скорости испарения влаги E на подстилаю щей поверхности, т. е. непосредственно по величинам, характеризующим свойства разных участков земной поверхности.

Средний квадрат пространственных флуктуаций коэффициента преломления вдоль линии трассы можно записать в виде 2 n = K1 ( q R ) K 2 ( T R ) 2 R + K1 ( q E ) K 2 ( T E ) 2 E, 2 (10) ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. где 2 R и 2 LE – дисперсии радиационного баланса и скорости испарения соответственно;

черта означает усреднение по ансамблю неоднородностей на поверхности Земли вдоль трассы.

Соотношение (10) получено в предположении о статистической независимости R и E.

При изучении теплового баланса земной поверхности наряду с другими величинами рассматриваются затраты на испарение LE, определяющие поток тепла, затрачиваемый на парообразование. Для использования этой величины заменим в (10) дисперсию скоро сти испарения 2 E на дисперсию затрат тепла на испарение 2 LE. Тогда выражение для расчета среднего квадрата пространственных флуктуаций коэффициента преломления вдоль линии трассы примет окончательный вид:

n = K1 ( q R ) K 2 ( T R ) 2 R + K1 ( q E ) K 2 ( T E ) L2 2 LE. (11) 2 Формула (11) позволяет вычислить среднеквадратическую величину флуктуаций ко эффициента преломления в зависимости от параметров подстилающей поверхности вдоль трассы, от метеорологической обстановки, характеризующейся дисперсией радиационно го баланса и затратами тепла на испарение.

Библиографический список 1. Тверской П. Н. Курс метеорологии. Физика атмосферы. Л.: ГМИ, 1962. 700 c.

2. Сапожникова С. А. Микроклимат и местный климат. Л.: ГМИ, 1950. 239 с.

3. Лайхтман Д. Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат,1970. 342 с.


4. Матвеев Л. Т. Физика атмосферы СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 778 с.

5. Бин Б. Р., Даттон Е. Дж. Радометеорология / Пер. с англ.;

Под ред. А. А. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 362 с.

O. N. Kiselev Tomsk state university of control systems and radioelectronic Mesoscale variations in the refractive index of the surface layer atmosphere iations It has been suggested that RMS value of the refractive index mesoscale variations in sur face layer atmosphere can be calculated for known the earth’s surface properties (radiative balance, evaporating rate) and path weather conditions.

Radar measurement accuracy, refractive index, mesoscale variations, earth’s surface, weather conditions, radioactive balance, evaporating rate Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== УДК 621.371:538.574. О. Н. Киселев Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Связь угла прихода УКВ-радиоволн с мезомасштабными флуктуациями метеорологических величин при распространении над пересеченной местностью Представлены результаты исследований зависимости медленных флуктуаций уг лов прихода от метеорологических условий и свойств подстилающей поверхности при распространении УКВ над пересеченной местностью.

Медленные флуктуации угла прихода, пересеченная местность, неоднородности тропосферы, радиационный баланс, затраты тепла на испарение При распространении радиоволн над земной поверхностью наблюдаются слабо изу ченные медленные флуктуации горизонтальных углов прихода, относящиеся к категории мезомасштабных [1]. Одной из причин возникновения флуктуаций является наличие и времення эволюция в приземном слое атмосферы неоднородностей коэффициента пре ломления, сформировавшихся над участками подстилающей поверхности с разными свойствами (луг, лес, озеро и т. п.). Интенсивность таких неоднородностей медленно ме няется при смене погоды и времени суток, что приводит к медленным флуктуациям угла прихода за счет изменения горизонтальной рефракции. Таким образом, флуктуации угла прихода оказываются прямо связанными с изменчивостью локальных пространственных неоднородностей коэффициента преломления в приземном слое атмосферы.

В настоящей статье представлены результаты исследований медленных флуктуаций угла прихода в УКВ-диапазоне в условиях пересеченной местности в летний период юж ной части Западной Сибири. На основе модели формирования мезомасштабных неодно родностей коэффициента преломления в приземном слое атмосферы1 проведен анализ экспериментов и получены формулы для оценки среднеквадратической величины флук туаций в различных метеорологических условиях.

Исследования выполнены на девяти трассах протяженностью 21…103 км с большим разнообразием в свойствах подстилающей поверхности (лесные массивы, болота, водные поверхности, луга). Регистрировались медленные изменения разности фаз, в дальнейшем пересчитываемые в изменения угла прихода. Длительность отдельных опытов менялась от 3 до 44 ч, отсчеты производились каждые 15…30 мин. Были приняты меры для исключе ния влияния временнй нестабильности аппаратуры. Полное описание трасс, приемно передающей аппаратуры, условий проведения экспериментов приводятся в работе [2].

См. наст. вып. журн., с. 47–51.

© Киселев О. Н., ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. Одновременно проводились метеорологические измерения у передатчика и прием ника. Регистрировались температура, давление и влажность, измерялась скорость ветра на высотах 0.25, 0.5, 2.0 и 8.0 м. Использовались данные гидрометеорологических станций, в том числе результаты градиентных и актинометрических наблюдений.

Получена зависимость среднеквадратического отклонения (СКО) медленных флук туаций угла прихода от расстояния: […] = 0.045 D [ км ]. Это соотношение оп ределяет величину флуктуаций, типичную для средних метеорологических условий рай она проведения экспериментов. Классификация опытов по погодным условиям показала, что оценку СКО угла прихода для солнечной безветренной погоды следует увеличить в два раза, для пасмурной с ветром – уменьшить в два раза.

Эксперименты позволили проверить предложенную в предыдущей статье2 модель фор мирования мезомасштабных неоднородностей в приземном слое атмосферы на основе срав нения результатов измеренных и рассчитанных СКО углов прихода. Для расчета отклонений азимутальных углов прихода от направления на источник излучения (ось 0 y ) с учетом из менения коэффициента преломления в плоскости x0 y использовано соотношение, приве n ( x, y ) y D денное в работе [3]: = dy ( D – протяженность трассы распростране x x = D ния сигнала;

n – коэффициент преломления). На его основе получена формула для оценки дисперсии углов прихода 2 в зависимости от расстояния D в предположении о случай ном распределении неоднородностей коэффициента преломления у поверхности Земли с дисперсией 2 n, гауссовской корреляционной функцией и средним размером a :

2 = ( 2 3a ) Dn 1.2 ( D a ) n.

2 (1) Дисперсия неоднородностей коэффициента преломления определена на основе мо дели, предложенной в указанной ранее статье2:

n = K1 ( q R ) K 2 ( T R ) R + K1 ( q E ) K 2 ( T E ) L2 2 LE, 2 2 (2) ( )( p ) ( ) ( ) где K1 = 37.4 102 0.622 T 2 ;

K 2 = 77.6 106 p T 2 + 74.8 102 e T 3 ;

q – удель ная влажность;

p, T, e – давление, абсолютная температура и парциальное давление во дяного пара соответственно;

E – скорость испарения;

L – скрытая теплота испарения;

2 R и 2 LE – дисперсии радиационного баланса и затрат тепла на испарение;

черта оз начает усреднение по ансамблю неоднородностей на поверхности Земли вдоль трассы.

Выражение (2) определяет 2 n в зависимости от свойств подстилающей поверхно сти (набора физических параметров поверхности почвы, воздуха, земного покрова) и в полном виде довольно громоздко. Однако с учетом реальных для летнего периода года значений параметров и их отклонений относительно среднего значения оказалось воз можным существенно упростить (2) за счет пренебрежения малыми членами:

См. наст. вып. журн., с. 47–51.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== ( R + 0.83 LE ), 2 n = 4 10 3 [ ( z ) ] 2 2 (3) где ( z ) = ln ( z0 + z ) ( z0 + h ) ;

= ln z0 ( z0 + h ) ;

z – высота линии "передатчик – при емник" над поверхностью Земли;

z0 – параметр шероховатости, характеризующий неров ности подстилающей поверхности;

h – высота приземного слоя атмосферы, в пределах которого формируются мезомасштабные неоднородности.

Сомножитель [ ( z ) ] в (3) определяет зависимость дисперсии флуктуаций коэф фициента преломления от скорости ветра, размеров "пятен" неоднородностей подсти лающей поверхности, величины просвета трассы. Второй сомножитель отражает флук туационную составляющую, зависящую от характеристик мезомасштабных ландшафтных зон на поверхности Земли на трассе.

Для расчета 2 n по формуле (3) следует воспользоваться крупномасштабной топо графической картой и определить по профилю среднюю величину просвета. Радиацион ный баланс ( R ) и затраты тепла на испарение ( LE ) для каждой ландшафтной зоны также определяются по карте (луг, лес, поле и т. п.) при наличии табличных данных, характери зующих каждый вид поверхности соответствующими значениями этих параметров, что позволяет далее вычислить их дисперсию вдоль линии трассы.

Подставив (3) в (1), получим формулу для расчета дисперсии медленных флуктуа ций угла прихода, обусловленных мезомасштабными атмосферными неоднородностями коэффициента преломления в приземном слое, возникающими за счет наличия участков поверхности с различными свойствами:

( 2 R + 0.83 LE ) ( D a ).

2 = 4.8 10 3 ( ) z 2 (4) Средний размер неоднородностей на поверхности Земли и, соответственно, в при земном слое a вычисляется также при наличии топографической карты, для чего следует выделить участки с различными типами покрытий, определить поперечный размер каждо го из них, затем найти среднее. Для района, где проводились эксперименты, величина a составила 4.2 км.

Выполним проверку возможности использования предложенной модели, оценив внача ле влияние подстилающей поверхности и метеорологических условий на флуктуации углов, … D, … км 0. 0.10 0.05 – – N 2 t, ч 3 6 16 20 24 4 8 Рис. 1 Рис. ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. прихода по экспериментальным данным. Как р, … показано в [4], временные изменения перепа дов температуры и влажности между участка- 0. ми с разными свойствами подстилающей по верхности должны быть пропорциональны 0. между собой, поскольку объединены общими метеорологическими условиями, и, следова тельно, должны быть пропорциональны вели 0. чинам n и, оцененным по временным 0.9 и, … реализациям. Для проверки этого утверждения 0 0.3 0. использовались измерения метеовеличин в Рис. двух пунктах трассы: у приемника (на границе поймы р. Томь) и на метеостанции "Болотное", окруженной лугами и полями. В этих пунктах были рассчитаны индексы преломления N1 и N 2 и получена разность N = N1 N 2. На рис. представлена зависимость среднеквадратического значения флуктуаций угла прихода, полученного в соответствии с (4) и нормированного к D, от величины N 2, вычислен ной для каждого отдельного опыта. Видно, что статистическая связь между указанными ве личинами действительно существует;

коэффициент корреляции между ними равняется 0.86.

При проведении измерений угла прихода одновременно на двух приемных пунктах, разнесенных на расстояние 1065 м, выявлена синхронность их изменений (рис. 2) в зависимо сти от времени суток t. Это означает, что обе разнесенные трассы находятся в зоне влияния одних и тех же неоднородностей с размерами, превышающими величину разноса приемников (ранее указано, что средний размер приземных мезомасштабных неоднородностей в районе проведения опытов равен 4.2 км).


По группе опытов, обеспеченных метеорологическими данными, необходимыми для ис пользования формулы (4), проведены расчеты величины. На рис. 3 представлено соот ношение измеренных ( и ) и рассчитанных по метеорологическим данным ( р ) сред неквадратических значений флуктуаций угла прихода. Прямая на рис. 3 – линия полного сов падения измеренных и рассчитанных данных. Результаты сравнения показывают, что по фор муле (4) можно рассчитать ожидаемое СКО медленных флуктуаций угла прихода, используя крупномасштабную топографическую карту и необходимые данные о погоде. Отличие части рассчитанных величин от измеренных объясняется как наличием иных механизмов формиро вания неоднородностей, так и погрешностями при оценке метеорологических величин.

Проведенные исследования указывают на возможность оценки величины медленных флуктуаций горизонтального угла прихода по данным метеорологических измерений с учетом характеристик разнородных участков земной поверхности, сведения о которых имеются на крупномасштабных топографических картах. Предложена формула для расче та дисперсии таких флуктуаций.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== Библиографический список 1. Мезометеорология и краткосрочное прогнозирование: Сб. лекций / Сост. Н. В. Вельтищев. Л.: Гид рометеоиздат, 1988. 137 с.

2. Шарыгин Г. С. Статистическая структура поля УКВ за горизонтом. М.: Радио и связь, 1983. 140 с.

3. Редькин Б. А. Угловые ошибки в неоднородной среде // Тр. ТИРЭТ. Томск: Изд-во ТГУ, 1967. Т. 6.

С. 23–25.

4. Прилепин М. Т. Определение показателя преломления воздуха при измерении расстояний светодаль номерами // Геодезия и картография. 1957. № 3. С. 20–30.

O. N. Kiselev Tomsk state university of control and radioelectronic Interrelation between variations of the microwave arrival angle and mesoscale of refractivity index to propagation above cross-country paths Results of researches of dependence of microwave arrival corner slow fluctuations from meteorological conditions and properties of a spreading surface at distribution of microwave above a cross-country terrain are presented.

Slow variations of arrival angle, cross-country paths, tropospheric inhomogeneities, radiative balance, heat evaporation consumption Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

УДК 621.391. В. И. Тисленко, А. А. Савин Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Синтез квазиоптимального фильтра для оценки временнго положения импульсного сигнала известной формы при многолучевом распространении радиоволн Представлено решение задачи синтеза фильтра, реализующего квазиоптимальные совместные оценки временнго положения сигнала на выходе многолучевого канала с рассеянием во времени и его импульсной характеристики. Алгоритм реализован в пред положении гауссовской модели канала с независимыми рассеивателями. Показаны схо димость оценок и работоспособность алгоритма обработки.

Многолучевой радиоканал, пассивный прием, время прихода сигнала, алгоритм Постановка задачи. Точность оценок времени прихода сигналов в пространствен но-разнесенные пункты приема определяет погрешность пассивных разностно-дально мерных систем определения местоположения. Многолучевой характер распространения радиоволн (РРВ) на приземных трассах является причиной случайных частотно-селек тивных замираний УКВ импульсных радиосигналов, которые проявляются как искажения их формы (комплексной амплитуды) [1]. Степень искажений зависит от соотношения ши © Тисленко В. И., Савин А. А., ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. рины спектра импульсного сигнала и интервала частотной корреляции комплексной пере даточной характеристики канала K ( t, f ) как функции частоты1. Введем в рассмотрение случайную функцию h ( t, ) = hc ( t, ) + i hs ( t, ) ( i – мнимая единица) – комплексную оги бающую импульсной характеристики (ИХ) многолучевого канала, не учитывающую по стоянную задержку T0, обусловленную распространением радиоимпульса по кратчайше му пути. Запишем в комплексной форме интеграл свертки для сигнала y ( t ) на выходе ка нала, когда на вход подан сигнал u ( t ) :

y ( t, T0 ) = h ( t, ) u ( t T0 ) d.

t (1) Из (1) следует, что сигнал на выходе канала повторяет по форме излученный сигнал u ( t ) только в случае, когда h ( t, ) = g ( t ) ( t ) ( ( t ) – дельта-функция Дирака) и g (t ) = K (t, 0) const на интервале, равном длительности импульса. Отметим, что только в этой ситуации при известном излученном сигнале и гауссовской аддитивной помехе обеспечивается оптимальность корреляционных способов оценки времени прихода (за держки) полезного сигнала [2].

Таким образом, в общем случае при многолучевом РРВ традиционная корреляцион ная обработка не является оптимальной для оценки времени прихода сигнала (ВПС). Оп тимальный алгоритм должен обеспечивать формирование совместно оптимальных оценок ИХ канала и параметра T0. Следует отметить, что условие знания формы излученного сигнала, являясь вполне возможным для систем связи, не столь обременительно, как мо жет показаться, и в системах пассивного определения местоположения. Эксперименталь ные наблюдения на реальных приземных трассах сигналов импульсных источников излу чения, работающих в режиме сканирования диаграммы направленности антенны, указы вают на возможность получения надежных оценок формы излученного сигнала в момент времени, когда доминирует прямой сигнал.

Модель гауссовского канала с независимыми рассеивателями. Времення измен чивость функции K ( t, f ) такова, что ею при малоподвижных излучателе и приемнике за время длительности реального импульсного сигнала можно пренебречь. По существу это означает, что трасса РРВ на время приема импульса предполагается "замороженной". В первом приближении будем считать, что канал состоит из совокупности случайных неза висимых переизлучателей с пространственными размерами, существенно меньшими раз меров импульсного объема. Вещественную ИХ канала, соответствующую функции K ( f f 0 ) в частотной полосе сигнала с центром f 0, представим при 0 в виде h ( ) = Re hc ( ) + ihs ( ) ei 2f0 = Re H ( ) ei ei 2f0, () Здесь и далее будем использовать низкочастотные эквиваленты узкополосных радиосигналов и канала РРВ.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== где H ( t ) и ( ) – огибающая и фаза ИХ u (t ) t t … T канала соответственно – случайные функ h (0) h (1) h ( n 1) ции. Для гауссовского стационарного в ши роком смысле канала с независимыми пе реотражателями квадратурные составляю y ( t, T0 ) щие hc ( ) и hs ( ) являются процессами Рис. типа нормального "белого" шума. Они вза имно некоррелированы, имеют нулевое среднее значение и зависящую от времени интен сивность [1]. Автокорреляционная функция комплексной огибающей h ( ) определена выражением [1] M h ( ) h ( 1 ) = G ( ) ( 1 ), где M – оператор статистического усред нения по ансамблю;

G ( ) – функция рассеяния канала во времени;

"" – знак комплексного сопряжения. Многолучевость на приземных трассах обусловлена наличием местных предме тов. В этом смысле приземный канал РРВ не является сплошной рассеивающей средой, и мо дель формирования выходного сигнала в большей степени соответствует структуре трансвер сального фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ), приведенной на рис. 1.

Коэффициент h ( 0 ) является случайным и определяет величину прямого сигнала. По скольку начальная фаза этого сигнала при пассивном приеме должна рассматриваться как случайная величина, то h ( 0 ), как и все последующие значения ИХ, имеет нулевое среднее.

Из физических соображений ясно, что для получения оценок коэффициентов h ( 0 ), …, h ( n 1), определяющих истинную ИХ канала, необходимо обеспечить достаточную ширину частотного спектра сигнала. Однако в задаче оценки ВПС в конечном счете важ ны свойства оценок T и устойчивость алгоритма обработки при различных соотношени ях частотной полосы входного сигнала и интервала частотной корреляции канала.

Синтез оптимального алгоритма оценки ВПС. Получим алгоритм обработки в дис кретной форме. Пусть дискретный сигнал z ( k ) на входе вычислителя представляет адди тивную смесь полезного сигнала y ( t, T0 ) и аддитивного "белого" гауссовского шума v ( k ) :

h ( j ) u ( k j T0 ) + v ( k ).

n z (k ) = (2) j = Введем 2n -мерный случайный вектор-столбец переменных состояния x = hc ( 0 ), hc (1), …, hc ( n 1), hs ( 0 ), hs (1), …, hs ( n 1), т где "т" – знак транспонирования.

Очевидно, что на интервале оценивания координаты вектора состояния постоянны и для него справедлива система разностных уравнений x ( k ) = x ( k 1), (3) ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. причем x ( 0 ) – случайный гауссовский вектор с нулевым средним и ковариационной матрицей диагонального вида. Элементы главной диагонали – дисперсии координат вектора x ( 0 ) – оп ределены заданием функции рассеяния во времени G ( ) и интенсивностью прямого сигнала.

Введем двухмерный вещественный вектор z ( k ) = zc ( k ), zs ( k ) квадратурных со т ставляющих сигнала z ( k ) и запишем (2) в матричной форме z ( k ) = F u ( k, T0 ) x ( k ) + v ( k ), (4) где F u ( k, T0 ) – матрица с размерами ( 2 2n ), две строки которой имеют вид Fc [] = uc ( k T0 ), …, uc ( k n + 1 T0 ), us ( k T0 ), …, us ( k n + 1 T0 ) Fs [] = us ( k T0 ), …, u s ( k n + 1 T0 ), uc ( k T0 ), …, uc ( k n + 1 T0 ).

F u ( k, T0 ) определена заданием формы входного сигнала и содержит неизвестный параметр T0, подлежащий оцениванию. Отметим, что относительно вектора x ( k ) уравне ния (4) линейны, в то время как относительно T0 они нелинейны.

Соотношения (3), (4) определяют задачу линейной марковской фильтрации при на личии неизвестного параметра [3]. В указанной постановке задача оценки ВПС относится к классу задач нелинейной теории фильтрации. Адаптацию алгоритма к неизвестному временному положению сигнала можно реализовать двумя способами. Первый способ предполагает включение неизвестного параметра в вектор состояния и последующее ре шение нелинейной задачи синтеза большей размерности. Второй способ ориентирован на реализацию алгоритма на основе принципа разделения [3]. В обоих случаях апостериор ная плотность вероятностей W x ( k ) z (1), …, z ( k ), знание которой необходимо для реа лизации оптимальных оценок, не является гауссовской и задача оптимальной фильтрации не имеет точного решения в замкнутой форме.

В настоящей статье используется второй способ. Квазиоптимальный фильтр при этом состоит из совокупности условно оптимальных линейных фильтров, "настроенных" на различные значения времени прихода сигнала T0 p, p = 1, …, N. Результирующая оценка состояния формируется в виде весового среднего оценок x p ( k ), образуемых в N линейных парциальных фильтрах (рис. 2). В каждом из них реализуется оптимальный ал горитм линейного фильтра Калмана.

На выходе весового сумматора 1 формируется оценка ИХ канала в виде g p ( k ) x p ( k ), где N x (k ) = g p ( k ) – текущий весовой коэффициент в i-м канале. Его зна p = чение зависит от правдоподобия входных данных [ z (1), …, z ( k )] = Z ( k ) для заданного T0 p и вычисляется в соответствии с рекуррентным соотношением Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== N g p ( k ) = g p ( k 1) L p ( k ) g p ( k 1) L p ( k ) i =1, где L p ( k ) – функция правдоподобия, соответствующая гауссовской плотности вероятно сти невязки q p ( k ) = z ( k ) z ( k ) в p-м канале. Вектор z ( k ) соответствует предсказан p p ному в p-м фильтре Калмана на один шаг вперед сигналу (4). Предсказание и характери стики невязки (ее среднее значение и ковариация) определяются известными для линейно го оптимального фильтра соотношениями [4]. Квазиоптимальная текущая оценка времен ного положения сигнала формируется на выходе весового сумматора 2 (рис. 2) в виде g p ( k ) T0 p.

N взвешенного среднего по всем значениям T0 p : T0 ( k ) = p = В начальный ( k = 1) момент времени при отсутствии априорных данных о величине T0 все значения g p ( 0 ) равновероятны. Левая граница априорного интервала может соот ветствовать положению ближайшего импульса временной синхронизации. Правая граница может быть определена на основе оценки ВПС, образованной каким-либо грубым мето дом, например, пороговым. Возможно также, задав ширину априорного интервала, цен трировать равномерную (или другую) плотность относительно пороговой оценки. Именно этот вариант использовался при проверке алгоритма.

Проверка работоспособности алгоритма проводилась методом прямого вероятност ного моделирования на ЭВМ в среде МАТLAB, а также с использованием эксперименталь ных образцов импульсных сигналов сантиметрового диапазона, полученных на реальной пересеченной приземной трассе протяженностью 22.5 км. Огибающая импульсного сигнала аппроксимирована выражением U (t ) = 1 1 + 2 ( t Tс ) Tи, где Tс – временне положе 2m ние середины импульса;

Tи – длитель ность импульса по уровню 0.5 от макси Блок задания априорных Начальные данные мального значения U max ;

m = 5 – пара значений весов gi ( 0 ) для фильтров метр, определяющий длительность фрон x (k ) та. Дискретное время принималось крат Весовой Фильтр сумматор ным временнму такту АЦП t, при этом длительность интервала обработки z (k ) составляла 100 тактов. В этих единицах Расчет Фильтр весов Tс = 44 ;

Tи = 30. Расчетное временное … g p (k ) положение импульса по уровню 0. … T0 = 25.3 такта АЦП. Длительность ИХ Фильтр N канала N = 16t при равномерной функ T0 ( k ) ции G ( ). Пороговая оценка временнго Блок задания дискретны х Весовой значений ВПС T0 p ( k ) сумматор положения сигнала формировалась на Рис. ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. U U max Вхо дной T Наблюдения Реализации оценок T сигнал 0.9 Истинное значение T Порог 0.6 0.3 t, 0 0 25 50 t, такты АЦП 25 T 50 такты АЦП а б Рис. уровне 0.5 с последующей коррекцией для приведения к уровню 0.1U max. Это значение со ответствовало центру априорного интервала, ширина которого составляла 40t при СКО шума 0.1. На рис. 3, а показаны реализации огибающих сигнала на входе фильтра (наблю дения), входного сигнала и положение пороговых оценок. На рис. 3, б приведены реализа ции оценки ВПС на выходе квазиоптимального фильтра. Обратим внимание, что в начале интервала обработки рассеяние пороговых оценок велико и далее оценки сходятся к истин ному значению T0 = 25.3t.

Проверка работоспособности алгоритма фильтрации на реальных данных (при t = 11 нс ) также показала его преимущества перед пороговым и корреляционным спосо бами оценки времени прихода. Выигрыш в величине СКО оценок временнго положения становится значительным (до 10 и более раз) по мере возрастания уровня частотно-селек тивных искажений формы сигнала.

В настоящей статье представлено решение задачи синтеза алгоритма оценки вре меннго положения импульсного сигнала при наличии частотно-селективных искажений в многолучевом канале РРВ. Квазиоптимальный алгоритм реализован на основе принципа разделения, который обеспечивает удобную в вычислительном плане реализацию фильтра в виде параллельной структуры линейных оптимальных фильтров, "настроенных" на до пустимые значения времени задержки, и нелинейную часть, в которой реализуется расчет апостериорных вероятностей этих значений. Показана работоспособность алгоритма.

Библиографический список 1. Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Пер. с англ.;

Под ред. И. Е. Овсеевича. М.:

Сов. радио, 1973. 302 с.

2. Ширман Я. Д., Манжос В. Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981. 416 с.

3. Сейдж Э., Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении / Пер. с англ.;

Под ред. проф. Б. Р. Левина. М.: Связь, 1976. 496 с.

4. Лайниотис Д. Г. Разделение – единый метод построения адаптивных систем. I. Оценивание // Тр. ин ститута инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1976. Т. 64, № 8. С. 8–27 (Тематический вып.

"Адаптивные системы").

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6====================================== V. I. Tislenko, A. A. Savin Tomsk state university of control systems and radioelectronics Synthesis suboptimal the estimating filter for a time of arrival of pulse signal of the known form at multipath radio waves propagation In work the problem of synthesis of the filter is solved realizing suboptimal joint estima tions of the impulse response of the multipath channel with scattering function on delay and time of arrival a pulse signal on its output. The algorithm is realized in the assumption Gaus sian models of the radio channel with independent scatterers. Convergence of estimations and working capacity of algorithm of processing is shown.

Multipath radio channel, passive systems, time of arrival of signal, algorithm Статья поступила в редакцию 10 октября 2006 г.

УДК 621.391. А. А. Савин, В. И. Тисленко Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Сравнительный анализ алгоритмов определения времени прихода импульсного сигнала при многолучевом распространении радиоволн Приведены результаты исследования оптимального, корреляционного и порогового алгоритмов оценки времени прихода сигнала при наличии частотно-селективных иска жений его формы. Использована гауссовская модель тропосферного многолучевого ка нала. Методом математического моделирования получены статистические характе ристики точности оценок временнго положения сигнала. Приведены результаты об работки экспериментальных данных, полученных на реальной приземной трассе.

Время прихода сигнала, многолучевой канал, алгоритм, среднеквадратичная ошибка Искажения импульсных сигналов в средах с преобладанием многолучевого характе ра распространения радиоволн (РРВ) вызывают большие ошибки определения времени прихода сигнала (ВПС). Известные алгоритмы (пороговый и корреляционный) не позво ляют реализовать потенциальную точность в условиях наличия многолучевого механизма РРВ. В настоящей статье обсуждаются результаты исследования среднеквадратичных ошибок (СКО) оптимальных оценок ВПС. Оценки формируются на выходе фильтра, реа лизующего оптимальный алгоритм совместного оценивания импульсной характеристики канала (ИХК) и ВПС1. Величины СКО оптимальных оценок сравниваются с СКО оценок, полученных корреляционным и пороговым методами.

Постановка задачи. Исследования характеристик импульсных сигналов при рас пространении на открытых тропосферных трассах, пролегающих над сушей, в сантимет См. наст. вып. журн., с. 56–61.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. ровом диапазоне радиоволн позволяют ис- zc ( k ) Uп пользовать для описания сигналов модель га- x Пороговое Tп уссовского канала [лит.]. Эта модель задается устройство совокупностью независимых по задержке и zs ( k ) x доплеровскому сдвигу отражателей с присут Рис. ствием в общем случае прямого сигнала.

Предположение о наличии конечного числа существенных рассеивателей позволяет огра ничить ИХК и представить квадратуры наблюдаемого сигнала в виде hc ( j ) uc ( k j T0 ) hs ( j ) us ( k j T0 ) + nc ( k ) ;

n 1 n zc ( k ) = (1) j =0 j = hs ( j ) uc ( k j T0 ) + hc ( j ) us ( k j T0 ) + ns ( k ), n 1 n zs ( k ) = (2) j =0 j = где n – число отсчетов ИХК;

hc (), hs ( ) – квадратуры ИХК;

T0 – время задержки прямо го сигнала, равное ВПС;

uc ( ), us ( ) – квадратуры входного сигнала;



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.