авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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:   || 2 | 3 |

Расширение диапазона применения радиолокационных станций обзора летного поля с учетом метеоусловий

-- [ Страница 1 ] --

УДК 656.71 На правах рукописи

ЯМАНОВ АНТОН ДМИТРИЕВИЧ

РАСШИРЕНИЕ ДИАПАЗОНА ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ ОБЗОРА ЛЕТНОГО ПОЛЯ

С УЧЕТОМ МЕТЕОУСЛОВИЙ

05.22.14 Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010 г.

Работа выполнена на кафедре «Технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московского государственного технического университета гражданской авиации.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор физико-математических наук Козлов А.И.
Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук Маслов В.Ю. доцент, кандидат технических наук Копцев А.А.
Ведущая организация: ГосНИИ ГА

Защита диссертации состоится « 22 » апреля 2010г. на заседании диссертационного совета Д 223.011.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУ ГА) по адресу: ГСП-3, Москва, 125993, А-493, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА

Автореферат разослан « » 2010г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 223.011.01:

профессор, доктор технических наук Кузнецов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Уровень технического совершенства радиотехнических систем (РТС) управления воздушным движением (УВД) и управления наземным движением (УНД), их эффективность, а значит и высокая результативность использования воздушного транспорта во многом определяется возможностями и эксплуатационными характеристиками РТС, использующихся для информационного обеспечения систем управления наземным и воздушным движением.

В настоящее время в радиотехнической системе УНД основным средством обеспечения безопасности движения наземных транспортных средств в зоне аэродрома является радиолокатор обзора летного поля (РЛС ОЛП). В условиях плохой видимости, вызванной наличием метеообразований в виде тумана, дождя, снега, эффективность работы РЛС заметно падает, уменьшается дальность действия, на экране появляется большое количество посторонних засветок от метеообразований. Это происходит вследствие рассеяния на капельках жидкости, кусочках льда, снежинках и поглощения энергии гидрометеорными частицами.

Наличие переотражений от подстилающей поверхности и метеообразований накладывают ограничения на интенсивность движения транспортных средств в районе аэродрома, а, следовательно, и на интенсивность полетов воздушных судов.

В этой связи представляет интерес поиск новых методов повышения различимости полезного сигнала на фоне мешающих отражений в сложных метеоусловиях для расширение диапазона применения РЛС ОЛП. Достаточно перспективными в этом направлении являются методы радиополяриметрии.

Эффективность применения этих методов для селекции наземных целей определяется в основном различиями в поляризационных характеристиках (ПХ) целей, местных предметов (МП), подстилающей поверхности (ПП) и метеообразований. Однако потенциальные возможности поляризационных эффектов для улучшения обнаружения и различения радиолокационных целей не используются в РЛС ОЛП в полной мере.

Одной из основных причин этого является отсутствие достаточно достоверных априорных знаний о статистических характеристиках как объектов наблюдения, так и подстилающих покровов и метеообразований.

Обеспечение работоспособности в неблагоприятных погодных условиях, равно как и отображение устойчивой достоверной обстановки в зоне аэропорта на экране РЛС ОЛП, является одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиком и эксплуатирующими подразделениями ГА. На оснащение предприятий гражданской авиации поступают РЛС ОЛП, являющиеся источниками информации для автоматизированных систем управления воздушным движением (АС УВД), которые работают в диапазоне 0,8…1,5 см (ФАП-2000), где влияние подстилающей поверхности и гидрометеорных образований играет существенную роль. Именно поэтому, диссертационная работа, посвященная расширению диапазона применения РЛС ОЛП – улучшению обнаружения объектов наблюдения на фоне естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта, в сложных метеоусловиях – представляют собой актуальную задачу.

Целью работы является расширение диапазона применения РЛС ОЛП при селекции малоподвижных и неподвижных наземных объектов на фоне естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта, а также в условиях сложной метеообстановки.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

  1. Анализ влияния мешающих отражений и метеообразований на эксплуатационные возможности РЛС ОЛП.
  2. Анализ отражательных характеристик естественных и искусственных покровов на территории аэропортов и объектов наблюдения РЛС ОЛП и выявление различий в поляризационной структуре отраженных от подстилающих покровов и объектов наблюдения сигналов.
  3. Анализ отражательных характеристик метеообразований, влияющих на функционирование РЛС ОЛП, и сигналов, отраженных от объектов наблюдения РЛС ОЛП в сложной метеообстановке.
  4. Разработка рекомендаций по расширению диапазона применения РЛС ОЛП путем использования методов радиополяриметрии.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

  1. Определены статистические характеристики элементов матрицы рассеяния естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта, а также объектов наблюдения в миллиметровом диапазоне волн, подтвержденные экспериментальными данными.
  2. Определены статистические характеристики элементов матрицы рассеяния метеообразований, а также объектов наблюдения в сложных метеоусловиях в миллиметровом диапазоне волн, подтвержденные экспериментальными данными.
  3. На основе экспериментальных данных определено влияние вида поляризации на дальность действия РЛС ОЛП при их эксплуатации в сложных метеоусловиях.
  4. Разработаны рекомендации по расширению диапазона применения РЛС ОЛП методами радиополяриметрии.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

  1. Повысить вероятность правильного обнаружения малоподвижных и неподвижных наземных объектов при наличии мешающих отражений от подстилающей поверхности и метеообразований.
  2. Повысить контраст наблюдаемых малоподвижных и неподвижных объектов в зоне аэропорта на индикаторе РЛС ОЛП, и тем самым обеспечить работоспособность РЛС ОЛП в неблагоприятных погодных условиях.
  3. Повысить уровень безопасности полетов (взлет, посадка) и предупреждения столкновения на земле.
  4. Повысить интенсивность движения транспортных средств в районе аэродрома, а, следовательно, и интенсивность полетов воздушных судов.

На защиту выносится обоснование расширения диапазона применения радиолокационных станций обзора летного поля с учетом метеоусловий методами радиополяриметрии.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в МКБ «Компас», а также в учебный процесс Московского государственного технического университета гражданской авиации, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных НТК "Гражданская авиация на современном этапе науки, техники и общества", (Москва, 2007г., 2009г.), на международных НТК «Авиация и космонавтика» (Москва, 2007-2009 гг.) в Московском авиационном институте, на международных НТК «Гагаринские чтения» (Москва, 2008-2009 гг.) в Московском авиационном технологическом институте, на НТК "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC*2009) (Воронеж, 2009 г.) в Воронежском государственном университете, на международной НТК «Signal Processing Symposium SPS-2009» (Варшава, 2009 г.), на межкафедральных семинарах (2007-2010 гг.) в Московском государственном техническом университете гражданской авиации и т.д.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ (все в изданиях, определенных ВАК РФ для публикации материалов диссертаций). По тематике диссертации в рамках договора по гранту выполнена НИР.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации составляет 220 страниц, включает 106 рисунков, 27 таблиц, список используемой литературы содержит 162 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первый раздел диссертации посвящен анализу влияния мешающих отражений и метеообразований на эксплуатационные возможности радиолокационных станций обзора летного поля (РЛС ОЛП).

Радиолокационная станция характеризуется разнообразными техническими и эксплуатационными параметрами, определяющими ее свойства и возможности. К основным характеристикам РЛС относятся: зона обзора, дальность и азимут, точность и разрешающая способность, помехозащищенность, скорость получения информации и эксплуатационные показатели.

Особенность РЛС ОЛП состоит в том, что в них обеспечивается высокая разрешающая способность, позволяющая повысить точность определения местоположения целей для более детализированного воспроизведения зоны аэродрома. Это необходимо для того, чтобы получаемая информация дополняла, а в условиях плохой видимости и заменяла визуальное наблюдение с диспетчерского пункта, позволяя эффективно управлять движением самолетов и транспортных средств (при условии их оборудования средствами связи). Причем, чем больше частота зондирующего сигнала радиолокационной станции, тем выше разрешающая способность РЛС. Однако переход к более высоким частотам приводит к возникновению дополнительных помех при приеме слабых радиолокационных сигналов, возникающих при рассеянии радиоволн естественными и искусственными покровами и метеообразованиями.

На современном этапе развития РЛС ОЛП основной задачей является повышение качества радиолокационной информации. Наличие мешающих отражений от земной поверхности, местных предметов и метеообразований, которые могут иметь большую эффективную поверхность рассеяния (ЭПР), приводит к уменьшению различимости отметок воздушных судов. Засветы экранов, вызываемые отражениями от подстилающих покровов и, что особенно актуально в миллиметровом диапазоне, от гидрометеоров, приводят в некоторых случаях к полной потере координатной отметки (или перепутыванию ее с отдельными остатками метеообразований, тепловых выбросов промышленных предприятий или местных предметов, имеющими размеры аналогичные размерам координатной отметки).

Для улучшения различимости (или контрастности) отметок на фоне отражений в настоящее время находят применение такие устройства как: селекторы сигналов по длительности, блоки временной регулировки усиления, системы индикации воздушных целей (ИВЦ) и селекции движущихся целей (СДЦ), устройства управляемой поляризации и др.

В последние годы все большее внимание уделяется разработчиками радиолокационной техники устройствам управляемой поляризации, обладающим дополнительными возможностями для уменьшения вредного влияния метеообразований и подстилающих покровов на работу РЛС ОЛП. В РЛС ОЛП «Алмаз», «Оредеж», ASDE-3, ASTRE-2000, TERMA, «Атлантика» применяются устройства, создающие наиболее распространенные виды поляризации – “круг” (в РЛС «Аксай» – “линия”).

Опытная эксплуатация РЛС ОЛП миллиметрового диапазона «Обзор-2» показала, что при дожде с ветром, сильном дожде, обильном снегопаде эффективность работы при круговой поляризации уменьшается, на индикаторе остается большое количество засветок. Например, для обеспечения вероятности правильного обнаружения , по сравнению со случаем ясного дня, ЭПР цели должна быть в 2 раза больше. В случае наблюдения цели сквозь листву деревьев протяженностью 5 м, сигнал от цели с учетом затухания в листве должен быть не менее, чем в 10…16 раз больше сигнала, отраженного от листвы, для достижения вероятности правильного обнаружения, по крайней мере, уровня 0,9. При работе на линейной поляризации, по мере увеличения водности при одном и том же соотношении сигнал/фон вероятность правильного обнаружения также заметно падает. Названное отношение должно быть увеличено, по крайней мере в 3…4 раза в условиях сильного дождя, чтобы обеспечить достаточное значение .

Применяемые устройства управляемой поляризации также ослабляют отражения от земных покровов, но из-за шероховатости поверхности и несовершенства РЛС эффективность подавления снижается. Так, на рис. 1 числами показаны отметки на индикаторе РЛС ОЛП, соответствующие объектам радиолокационного наблюдения в окружении засветок, вызванных отражениями от подстилающей поверхности и местных предметов.

 а б Радиолокационные-2  а б Радиолокационные-3

а б

Рис. 1. Радиолокационные изображения зоны аэродрома на экранах РЛС ОЛП «Атлантика» (а) и ASTRE (б)

Для более полного применения возможностей поляризационных эффектов, которые могли бы использоваться при эксплуатации РЛС ОЛП, необходимо провести анализ поляризационных свойств окружающих РЛС естественных и искусственных покровов зоны аэропорта, метеообразований. Эта информация даст возможность усовершенствовать (или создать новую) аппаратуру, использующую поляризационные эффекты, которая обеспечит более высокие коэффициенты подавления мешающих отражений и расширит диапазон применения перспективных РЛС.

Многочисленные экспериментальные исследования подтверждают эффективность применения радиополяриметрии для решения задач обнаружения, селекции и распознавания объектов радиолокационного наблюдения и демонстрируют возможность реализации методов радиополяриметрии в существующих и перспективных радиолокационных комплексах. Так, на рис. 2 приведен фрагмент радиолокационного изображения местности вблизи аэропорта, совмещенный с картой. На рис. 3 представлен фрагмент того же радиолокационного изображения местности, полученного на оптимальной по критерию максимизации контраста поляризации (путем управления поляризацией РЛС на индикаторе стали видны многие объекты, которые не отображались на рис. 2). Вероятность правильного распознавания идентифицированных объектов на фоне местных предметов и подстилающей поверхности по поляризационным признакам находилась в пределах 0,93…0,97, вероятность пропуска малоразмерных объектов не превышала значения 0,02.

 Фрагмент радиолокационного-5

Рис. 2. Фрагмент радиолокационного изображения местности вблизи аэропорта, совмещенный с картой местности Рис. 3. Результат распознавания металлических вертикально-ориентированных объектов на оптимальной по критерию максимизации контраста поляризации

Во втором разделе диссертации проведен анализ отражательных характеристик естественных и искусственных покровов и объектов наблюдения РЛС ОЛП, рассмотрены особенности рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) естественными и искусственными покровами, а также статистические характеристики поляризационных параметров естественных и искусственных покровов и объектов наблюдения РЛС ОЛП в миллиметровом диапазоне волн.

Многообразие подстилающих покровов и значительный разброс характеристик отражения от них и от местных предметов приводит к необходимости создания для этих объектов некоторого математического аппарата, дающего возможность описать это многообразие на одном языке и обеспечивающего глубину и гибкость соответствующих вычислений. Наиболее подходящим аппаратом для этой цели является аппарат, использующий в качестве основы матрицу рассеяния (МР) отдельного элемента отражения. Матрица рассеяния может быть представлена в виде

, , (1)

где и – модули, а и – аргументы элементов матрицы рассеяния.

Поскольку все элементы этой матрицы рассеяния являются функциями времени и координат, наиболее полной характеристикой в этом случае является шестимерный закон распределения элементов МР.

Теория поляризации и поляризационный анализ дают возможность вводить некоторые другие характеристики: – эффективную поверхность рассеяния, – степень поляризационной анизотропии, – координаты так называемого собственного поляризационного базиса, которые определяются уже четырехмерным законом распределения этих величин.

Проведенный анализ поляризационных характеристик естественных и искусственных покровов, характерных для зоны аэропорта и близлежащей местности (гладких поверхностей, снега, льда, лесных массивов, а также травяных покровов и посевов сельскохозяйственных культур) в миллиметровом диапазоне волн подтвердил зависимость эффективной площади рассеяния от угла наблюдения , времени наблюдения, типа подстилающего покрова, частоты сигнала и типа поляризации, и позволил сделать следующие выводы:

  1. ЭПР на всех типах поляризации уменьшается с увеличением угла (рис. 4) 1.

а б в


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.