CC BY
56
2005
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 87(5)
УДК 621.396
НАВИГАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ
А.В. СТАРЫХ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А.И.
Приводятся навигационные характеристики экспериментально измеренных радиотепловых полей.
В [5] были приведены различные варианты описания навигационных характеристик радиотепловых полей. При этом, в основном, рассматривались скалярные варианты представления поля. Отметим еще один подход для двумерных векторных полей. Компоненты вектора поля отождествляются с вещественной и мнимой частями комплексного числа, и тогда можно прийти к одномерному случайному комплексному полю, для анализа которого разработан развитый математический аппарат. В качестве меры отклонения можно использовать модуль комплексного числа.
Исследуем еще одну характеристику навигационного радиотеплового поля - корреляционную функцию. Вектор поля будем считать функцией координат (X,у) [1,2,3]:
Т — 1ТЯ (х,у)+]&{х,у), 0)
где ТЯ - радиояркостная температура; СГ - среднеквадратическое отклонение.
Найдем функцию взаимной корреляции эталонного и реального полей КрМ (а, Ь), используя смешанный момент второго порядка Врм (а, Ь):
врм аЬ)=Ц(ляр (х у)+1°р (х у)) (Гтя«(х+а у+Ь)+1&м (х+а у+Щ^йу (2)
Преобразуя (2), окончательно получим:
Врм (аЬ) = ВРм (а,Ь) + В°РМ (а,Ь), (3)
где ВрМ и В%М - соответствующие моменты для радиояркостной температуры и среднеквадратического отклонения.
Используя (3), находим нормированную корреляционную функцию:
К ( Ь) Врм(а,Ь)+В™(а,Ь)-{ТрТм ~°р°м}, (4)
К РМ \а?Ь / — г — — т
рм ВРм (0,0)+В?м (0,0)-{ТрТм -О0М}
где Тр,Тм ,Ор,Ом - усредненные значения радиояркостных температур и среднеквадратических отклонений эталонного и реального полей.
Из выражения (4) видно, что в первом приближении нормированная взаимная корреляционная функция отождествляется со средним арифметическим взаимных функций корреляции каждой из ортогональных компонент. В силу того, что речь идет о случайных независимых и
примерно одинаково распределенных величинах, то среднеквадратическое отклонение их суммарного распределения примерно в у/п раз (где п - число слагаемых) меньше соответствующей величины отдельного распределения и, таким образом, зависимость Крм (а, Ь) оказывается более точной.
В качестве примера ниже в таблице приведены значения коэффициента корреляции для участка трассы в зоне лесостепи с болотом, заболоченностями и населенным пунктом [4,5].
Таблица
Навигационные характеристики векторного и скалярного радиотепловых полей
Профиль 1 Профиль 2 Профиль 3 Профиль 4
1 2 3 4 5
Относительная длина участков, в %:
- водоёмов; 14,8 - 15,5 -
- болот и заболоченных участков; 16,9 7,0 20,5 7,7
- населённых пунктов. 3,8 6,1 3,5 6,7
Экспериментальные значения радиояркостных температур, в К: - болот и заболоченных участков; 256,7 264,1 210,2 228,2
- населённых пунктов. 255,1 255,1 250,5 250,0
Максимальное значение 0,985 0,836 0.925 0,640
коэффициента корреляции 0,984 0,774 0.875 0,617
отношение сигнал\шум 5,77 1,76 2.63 1,3
5,55 1,33 2.10 1,22
Область влажности, соответствующая
максимуму коэффициента корреляции 5 - 7,5 5 - 8 10,5 - 12,5 10 - 12
Для перечисленных объектов характерны высокие значения среднеквадратического отклонения радиояркостной температуры, что наряду со средним значением температуры также является информативным признаком. В нижней строке таблицы приведены значения влажности почвы, при которых достигается максимальный коэффициент корреляции. Для каждой трассы в третьей строке приводится по два значения коэффициента корреляции и отношения сигнал/шум. Нижний соответствует рассчитанному для скалярного поля, верхний - для векторного, когда в качестве второй компоненты использовалось среднеквадратическое отклонение ра-диояркостной температуры. Для болот и заболоченностей О = 34,4К, населенного пункта О = 8,4К . Среднеквадратические отклонения для остальных объектов принимались равными экспериментальным и не превышали 3 К.
Таким образом, предложенный подход позволяет оценить навигационные характеристики векторных радиотепловых полей. В предельном случае однокомпонентного векторного поля полученные формулы преобразуются в формулы для скалярного поля. Для конкретной трассы использование двухкомпонентного векторного поля позволяет получить более высокие навигационные характеристики, чем в случае скалярного поля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Старых А.В. Comparisons between Theory and Experiments, IRCTR-S-016-01, Delft, Netherlands, 2001, p. 4 -12.
2. Старых А.В. Criteria for testing Radar Function. IRCTR-S-022-00, Delft, Netherlands, 2000, p. 17 - 24.
3. Старых А.В. Data Processing and Data analysis of Experiments. IRCTR-S-015-01, Delft, Netherlands, 2001, p. 5 - 17.
4. Старых А.В. Возможности обеспечения требуемых навигационных характеристик для ЛА при использовании бортового радиометра / IV МНТК «АВИА-2002». - Киев, 2002.
5. Старых А.В. Навигационные характеристики радиотепловых полей / В кн.: Отчет по НИР «Портрет». Т. 2. - М.: МИИГА 1990.
NAVIGATION CHARACTERISTICS OF RADIOTHERMAL FIELDS
Starykh A.V.
Navigation characteristics experimental measured of radiothermal fields were done.
Сведения об авторе
Старых Александр Васильевич, 1957 г.р., окончил МИИГА (1985), кандидат технических наук, доцент кафедры авиационных радиоэлектронных систем МГТУ ГА, автор более 40 научных работ, область научных интересов - радиофизика, радиолокация, радионавигация, радио-поляриметрия, дистанционное зондирование окружающей среды..
