Пространственно-временная обработка сигналов в исследованиях и разработках кафедры теоретических основ радиотехники ТРТУ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В ИССЛЕДОВАНИЯХ И РАЗРАБОТКАХ КАФЕДРЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ РАДИОТЕХНИКИ ТРТУ

В. П. Федосов

Таганрогский государственный радиотехнический университет

В 1974 году в ТРТУ в сотрудничестве с предприятиями и организациями Таганрога начались работы по исследованию пространственных свойств морской реверберации. Были организованы морские экспедиции, при подготовке которых ставилась цель определить степень пространственной корреляции донной реверберации в вертикальной плоскости при наклонном зондировании поверхности дна короткими импульсами (с малым импульсным объемом). При этом также исследовалась пространственная корреляция объемной и поверхностной реверберации.

Для проведения эксперимента на металлической платформе были закреплены две антенны рыбопоискового гидролокатора «Сарган» с возможностью перестановки антенн для изменения базы полученной антенной системы. Испытания были проведены в 1975 году в Черном море на теплоходе «Верный» вблизи г. Геленджик в районе с плоским морским дном. Испытания показали высокую пространственную корреляцию (межканальную в совпадающий момент времени) для донной реверберации, низкую - для объемной реверберации и зависящую от степени морского волнения - для поверхностной реверберации. Результаты были опубликованы в научном издании [1].

Закон изменения разности фаз процессов на выходах антенн во времени определялся профилем морского дна. Такие исследования явились предпосылкой в разработке устройств обнаружения малоразмерных объектов на фоне донной реверберации и устройств измерения профиля и уклона морского дна, которые были запатентованы в дальнейшем. Среди этих устройств наиболее высокой эффективностью обладала адаптивная антенная решетка с послойным автоматическим сканированием приповерхностного слоя дна с подавлением донной реверберацией [2]. Результаты исследований явились основой нескольких кандидатских и докторской диссертации и были опубликованы позже в печати [3, 4].

Дальнейшим продолжением тематики является разработка на тех же принципах метода спектрального анализа, обеспечивающего формирование системы базисных функций с нулями в спектре для подавления спектральных составляющих [5, 6], а также алгоритмов селекции медленно движущихся объектов на фоне отражений от поверхностей раздела сред как для гидролокации, так и для радиолокации [7]. Общность моделей формирования отражений от поверхности и объектов в радио- и гидролокации позволила применить одинаковый подход в разработке алгоритмов обработки сигналов.

В радиолокации такие алгоритмы разработаны и моделировались для движущихся носителей РЛС в режимах картографирования на основе синтеза апертуры антенной решетки и доплеровского заострения луча [8, 9, 10]. Доплеровское приращение частоты, обеспечиваемое движением носителя, для сигналов, отраженных от поверхности раздела сред, позволяет определить направление на объект, находящийся на поверхности. Собственное движение объекта приводит к ошибке в оценке направления, что и является признаком для его селекции на фоне пассивной помехи или реверберации. Отличие от традиционных методов заключается в пространственно-спектральной обработке сигналов одновременно на нескольких выходах антенной решетки, ориентированной соответствующим образом в пространстве.

Предложенная система базисных функций с нулями в спектре позволила обеспечить разработку регулярного метода формирования зондирующих сигналов с

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

малым уровнем внеполосного излучения [11] для доплеровских локаторов. Основой метода является целенаправленная расстановка нулей в спектре для подавления уровня лепестков в заданной зоне доплеровских частот для обнаружения движущихся объектов.

Исследования разработанных алгоритмов и устройств как в лабораторных, так и в натурных условиях показали высокую их эффективность и правильный выбор направления обработки локационных сигналов.

К сожалению, дальнейшее развитие методов и устройств обработки пространственно-временных сигналов остановилось из-за отсутствия финансирования и интереса у потенциальных заказчиков.

Кроме обработки локационных сигналов, пространственно-временные алгоритмы применены при совместной обработке сигналов на выходах систем вибродатчиков, установленных на корпусах двигателей и механизмов. В частности, для трехкоординатных датчиков совместная обработка сигналов на выходах позволяет не только оценить уровень вибраций, но и обеспечить целеуказание их источников.

Все перечисленные разработки нашли отражение в учебном процессе на кафедре теоретических основ радиотехники при ведении занятий со студентами и при подготовке дипломных работ и проектов. И, может быть, тема продолжится выпускниками в их трудовой деятельности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кравченко Г.В., Федосов В.П. Пространственная корреляция реверберационных сигналов // Акустические методы исследования Океана. - Л.: Судостроение, 1978. -С. 54 - 57.

2. Федосов В.П., Кравченко Г.В. Адаптивная антенная решетка с автоматическим сканированием в приповерхностном отражающем слое // Антенны. Вып. 4(50), 2001. -С. 42-45.

3. Федосов В.П., Михайлов С.А. Оптимальный измеритель профиля отражающей поверхности при наклонном облучении // Антенны. Вып. 4(59), 2002. - С. 59-65.

4. Федосов В.П. Влияние погрешности оценки профиля отражающей поверхности на помехоустойчивость адаптивной антенной решетки // Антенны. Вып. 6(73), 2003. -

С. 68 - 72.

5. Федосов В.П. Пространственно-временные методы измерения и контроля параметров движения масс на границах раздела сред // Применение средств локации для контроля параметров водной экосреды. - Таганрог: ТРТИ, 1991. - С. 42 - 74.

6. Аль-Хутари А.А., Федосов В.П. Сравнение алгоритмов формирования весовых векторов для параметрического спектрального анализа с прямым оцениванием частот и амплитуд спектральных составляющих // Радиосистемы. Радиоэлектронные устройства и системы управления, локации и связи. Вып. 62, № 2, 2002. - С. 15 - 22.

7. Аль-Хутари А.А., Федосов В.П. Потери в отношении сигнал/шум для спектральных составляющих в параметрических методах спектрального анализа сигналов // Радиосистемы. Радиоэлектронные устройства и системы управления, локации и связи. Вып. 78, № 3, 2004. - С. 9 - 12.

8. Сурков М.Н., Федосов В.П. СДЦ в РЛС с синтезированной апертурой // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. Т.32, № 4, 1989. - С. 54 - 58.

9. Сурков М.Н., Федосов В. П. Цифровой алгоритм СДЦ в РЛС с синтезированной апертурой // Многопроцессорные вычислительные структуры: Междувед. сб. ТРТИ, Таганрог, 1989. Вып. 11. - С. 65 - 68.

10. Федосов В.П., Сурков М.Н., Чуйков В.М. Эффективность алгоритмов селекции экологических объектов на поверхности раздела сред // Изв. СКНЦ ВШ, N 4, 1993. - С.23-32

11. Мардер М.М., Сурков М.Н., Федосов В.П. Синтез зондирующих сигналов с малым уровнем внеполосного излучения // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. Т.30, № 7, 1987. - С. 17 - 21.

НАПРАВЛЕННЫЙ ДРЕЙФ ЧАСТИЦ В МОЩНОМ ЗВУКОВОМ ПОЛЕ

Н. Н. Чернов, М. А. Тимошенко

Таганрогский государственный радиотехнический университет

В мощном акустическом поле на характер движения мельчайших частиц помимо периодического движения среды оказывает влияние еще целый ряд факторов, в результате действия которых кроме колебательного движения появляется направленное движение частиц [1].

Направленное одностороннее движение частиц в акустическом поле возникает в случае, когда смещение среды есть функция периодическая, но негармоническая.

Проведём расчёт и сравним смещение частицы в поле скоростей с гармонической и импульсной пилообразной формами смещений сплошной среды при вязком обтекании.

Пусть частица находится в гармоническом поле скорости

Пс

и в импульсном поле скорости, изменяющейся за период по закону (2) ( рис. 1).

Рис.1. Скорость среды в импульсном поле

и ({) = и

си V / О

'?/?!; 0 < і < Т

72/(72 -Т1) - і/(Т2 -Т); Т < і < Т2.

0; Т2 < і < Т

Рассмотрим случай, когда кинетическая энергия колебания сплошной среды удовлетворяет следующему условию

і Т

\и2с (і)йг = {иСи (і)йг.