CC BY
1
УДК 621.396.96
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-365-366
УПРАВЛЕНИЕ МАЛОГАБАРИТНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ ПЛАТФОРМАМИ В РАДИОЛУЧЕ
Д.В. Алтунин
Рассмотрен вопрос организации управления малогабаритными мобильными платформами в радиолуче, проведена оценка зависимости углового разрешения целей относительно дальности действия радиолуча, приведена функциональная схема устройства управления малогабаритной мобильной платформой.
Ключевые слова: малогабаритные мобильные платформы, управление в радиолуче.
Активное применение малогабаритных мобильных платформ (ММП), дает необходимый толчок к развитию данного направления. Одной из задач, в радиолокационной отрасли является анализ возможности применения ММП, для создания динамической антенной решетки, в которой каждая мобильная платформа является носителем единичного радио излучателя. Она включает в себя множество технологических особенностей, которые включают в себя: необходимость обеспечения устойчивого положения каждого элемента антенной решетки на заданном расстоянии друг относительно друга с определенным уровнем допуска к позиционированию; Обеспечение единого фазового фронта как передающего, так и отраженного сигналов; Определение методов и алгоритмов обработки принимаемых сигналов; Обеспечение устойчивого канала связи между каждым элементом антенной системы и другие вопросы [1].
Особое внимание стоит уделить возможности позиционирования малогабаритных мобильных платформ на заданном расстоянии друг относительно друга. Учитывая иерархию взаимодействия ММП, включающую в себя разделение общей системы на подгруппы «Лидеров» и подконтрольных им ММП, позволяет обеспечить надежное управление каждым элементом системы по отдельности при этом не выдвигая высоких требований к устойчивости каналов связи между каждым членом системы.
В основе работы лежит применение логарифмического детектора СВЧ-сигнала, следует дать определение управлению малогабаритной мобильной платформы в радиолуче. В основе любой радиолокационной системы (РЛС) лежат разрешение целей по дальности и по углуместа. Дальность действия РЛС в большей степени зависит от мощности излучаемого сигнала и длительности зондирующего импульса [2].
й =
где Рп(Ч) - текущая мощность передатчика в ваттах; ксж - коэффициент сжатия зондирующего импульса при его приеме (если применяется сложный зондирующий сигнал); кнак - коэффициент накопления сигнала по амплитуде при приеме; О а - коэффициент усиления антенны в разах; X - длина волны в метрах; Бц - эффективная поверхность рассеяния цели (ЭПР) в квадратных метрах; 5п - коэффициент дополнительных потерь в атмосфере или в фидерной системе; Рпр(Роб, Рлт
) - чувствительность приемника в ваттах в зависимости от вероятностей обнаружения Роб и ложной
тревоги Рлт.
Области минимального и максимального расстояния определения цели определяются из следующих соотношений:
шах — п ,
где Ти - длительность зондирующего импульса, Т - период повторения зондирующих импульсов.
Рис. 1. Главные сечения ДН в азимутальной иугломестной плоскостях, общая ДН антенны при формировании
единичного луча
Способность РЛС по разрешению угловых целей определяется формой и размером применяемой антенной решетки, а именно от характеристики диаграммы направленности (ДН) антенны. Из различных источников известно, что оценочное приближение разрешающей способности РЛС на заданном расстоянии определяется по формуле:
М = Дц • б1П(0о.5)
Здесь ДЪ - минимальное расстояние между двумя целями, Дц - расстояние до целей в метрах, в0.5 граммы направленности антенны по уровню половинной мощности излучения минус 3 дБ.
ширина диа-
--1000 м
---5000 м
9000 м
<
о с;
X 7 У 1096.32
X 9
У 1407.91
X 5
¥ 7В4.402
X 3
У 471.024
Г
>
X 1
У 167.072
X 3
У 261.03
X 5
У 436.779
X 7
У 609.347
X 9
У 782.172
X 1 -
У 37.262
X 1
У 17.4624
X 3
У 52.336
X 5
У 37.1667
X 7
У 121.369
X 9
У 166.434
0123450789 10
Ширина главного лепестка в^ град
Рис. 2. Зависимость углового разрешения целей от ширины главного лепестка ДН антенны для расстояний 1000 м, 5000 м и 9000 м
В случае, когда используется квадратная антенная решетка (количество излучающих элементов по двум плоскостям апертуры одинаковое), минимальное расстояние между двумя целями это диаметр окружности максимального энергетического поля излучаемого сигнала. Данная область является наиболее интересной с целью обеспечения управления малогабаритными мобильными платформами в радиолуче. Одним из возможных способов реализации данной функции является размещение на каждом «Лидере» антенны, направленной в сторону опорного пункта. Таким образом после достижения мобильными платформами своей начальной точки, возможна организация алгоритма корректировки их местоположения в пространстве, путем изменения направления максимума излучения опорного пункта. Общий алгоритм должен основываться на определении текущего значения амплитуды принимаемого СВЧ-сигнала. На этапе инициализации, ММП должна определить максимальное направление излучения с учетом его текущего местоположения. Наиболее подходящим способом достижения этого является постепенное изменение местоположения ММП по возрастающей спирали с последовательным сравниванием текущего значения амплитуды с предыдущим значением.
Рис. 3. Визуализация поиска максимума излучения СВЧ - сигнала по логарифмической спирали
Наибольшую эффективность данный метод получит при формировании разностной диаграммы направленности на антенне, расположенной на ММП, ввиду особенности поиска направления на максимум излучения путем определения минимального значения текущей амплитуды принимаемого сигнала.
При позиционировании группы малогабаритных платформ в радиолуче проявляется закономерность, позволяющая ускорить процесс поиска максимального направления радиоизлучения путем сравнения текущих амплитуд группы ММП.
Рис. 4. Визуализация поиска максимума излучения СВЧ-сигнала группы ММП
В данном случае, направление максимального излучения возможно определить анализом текущих значений амплитуды принимаемого сигнала на каждой ММП. В зависимости от того в какую сторону смещено максимальное значение СВЧ-сигнала относительно центра группы ММП определяются дальнейшие действия системы. Из данных заключений вытекает минимальная необходимая функциональная схема устройства, расположенного на каждой мобильной платформе.
Узел обеспечения информационного обмена
IT
Узел обработки команд и принятия решений
Узел управления траекторией в радиолуче
Узел выполнения главной задачи
Рис. 5. Функциональная схема устройства управления ММП
На рисунке 5 представлена упрощенная функциональная схема управления малогабаритной мобильной платформы в радиолуче, в основе данной системы лежит узел обработки команд и принятия решений, который отвечает непосредственно за осуществление изменения траектории движения с учетом поступающих сигналов от узла обеспечения информационного обмена и узла управления траекторией в радиолуче, так же отвечает за обработку поступающей полезной информации от узла выполнения главной задачи и передачу её полезной составляющей через узел обеспечения информационного обмена.
Работы проводились при финансовой поддержке гранта Правительства Тульской области №ДС/114/РЭ1/23/ТО.
Список литературы
1. Боровик В.С., Гуцул В.И., Клестов С.А. Коллективы интеллектуальных роботов. Сферы применения. Томск, 2018.
2. Верба В.С. Радиолокация для всех. Техносфера, 2020. 503 с.
Алтунин Дмитрий Владиславович, лаборант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Корнеев Константин Глебович, научный руководитель, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MANAGING SMALL-SIZED MOBILE PLATFORMS IN A RADIO BEAM
D.V. Altunin
The issue of organizing the control of small-sized mobile platforms in a radio beam is considered, the dependence of the angular resolution of targets relative to the range of the radio beam is estimated, and the functional diagram of the control device for a small-sized mobile platform is presented.
Key words: small-sized mobile platforms, radio beam control.
Altunin Dmitry Vladislavovich, laboratory assistant, [email protected]. Russia, Tula, Tula State
University,
Korneev Konstantin Glebovich, scientific supervisor, [email protected]. Russia, Tula, Tula State
University
УДК 519.27
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-368-369
ewma-АЛГОРИТМ обнаружения разладки гауссовского процесса АВТОРЕГРЕССИИ 1-ГО ПОРЯДКА ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ ОЖИДАНИЮ
Г.Ф. Филаретов, Цинь Юйдэ
Рассматривается задача обнаружения в реальном масштабе времени разладки гауссовского процесса авторегрессии 1-го порядка , обусловленной скачкообразным изменением его математического ожидания, с помощью контролирующего алгоритма на основе экспоненциально взвешенного скользящего среднего или EWMA-алгоритма (EWMA - Exponentially Weighted Moving Average). Целью данной работы является всестороннее исследование статистических характеристик EWMA-алгоритма, обеспечивающее в конечном итоге синтез оптимальной процедуры обнаружения разладки со свойствами, заданными пользователем.
Ключевые слова: обнаружение разладки по математическому ожиданию; алгоритм экспоненциально взвешенного скользящего среднего; процесс авторегрессии 1-го порядка.
Постановка задачи исследования. Предметом исследования в настоящей работе является алгоритм экспоненциально взвешенного скользящего среднего ( EWMA-алгоритм), входящий в список трех наиболее популярных последовательных алгоритмов обнаружения разладки, в который, наряду с EWMA-алгоритмом, входят также алгоритм кумулятивных сумм (CUSUM-алгоритм) и алгоритм скользящего среднего (МА-алгоритм) [1, 2].
Все указанные алгоритмы предназначены для обнаружения разладки в реальном времени и основаны на вычислении по наблюдаемым дискретным отсчетам контролируемого процесса Xi (i = 1,2,...,«,...) в темпе с их поступлением значений некоторой решающий функции gi = gi (xi, Xi-i, Xi-2,...), которые затем сравниваются с фиксированным решающим порогом h. Если gi < h, то считается, что разладка отсутствует и процесс контроля продолжается; если же gi > h, то подаётся сигнал о наличии разладки (сигнал тревоги). При этом важно, чтобы алгоритм обнаружения обладал некоторыми оптимальными свойствами - например, в смысле минимизации среднего времени запаздывания в обнаружении разладки тзап при фиксированном среднем интервале между
ложными тревогами Глт.
Свойства любого алгоритма обнаружения разладки в первую очередь зависят от вида его решающей функции. Для EWMA-алгоритма решающая функция имеет следующий вид:
gi = (1 - X)g i - 1 + X Xi , (1)
где X - параметр сглаживания.
К настоящему времени перечисленные выше алгоритмы изучены достаточно подробно, что в ряде случаев дает возможность использовать полученную в них информацию для целей синтеза рабочей контролирующей процедуры с учетом конкретных требований пользователя (см., например, [3, 4].
Вместе с тем, отметим, что в большинстве работ по данной тематике предполагается, что наблюдаемые значения контролируемого временного ряда Xi некоррелированы. Варианты с коррелированными отсчетами Xi рассматривались или относительно редко, или несистематично [5 - 7]. Лишь в последнее время этой проблеме стали уделять большее внимание [8 - 10]. В частности, в [10] подробно исследованы свойства МА-алгоритма обнаружения разладки процесса авторегрессии 1 -го порядка, когда, как и в данной работе, разладка связана со скачкообразным изменением значения математического ожидания гауссовского процесса. В этой связи настоящую работу можно рассматривать как в определенном смысле продолжение исследований, начатых в [10], но уже применительно к EWMA-алгоритму.
Целью данной работы является всестороннее исследование характеристик EWMA-алгоритма наискорейшего обнаружения момента изменения математического ожидания, если контролируемый процесс является гауссов-ским процессом авторегрессии 1-го порядка АР(1), т.е. когда его значения Xi можно считать сформированными с помощью соотношения:
Xi = a Xi-i + s i , i = 1, 2, ... (1)
Здесь a - коэффициент авторегрессии, определяющий степень коррелированности значений Xi , s i - некоррелированные гауссовские случайные числа с единичной дисперсией. Нормированная автокорреляционная функция такого
2
процесса, как известно, равна рхх(k) = ak , к = 0, 1, 2, ..., а дисперсия = (1 - a2 )-1.
Метод исследования - имитационное моделирование, в рамках которого осуществляется L - кратное повторение работы EWMA-алгоритма при различных комбинациях значений решающего порога h, параметра сглаживания X , коэффициента авторегрессии a и величины относительного изменения (разладки) математического ожидания 5 = \mi - ш1/сх , где ш - значение математического ожидания контролируемого процесса при отсутствии разладки, а mi Ф m0 - при ее возникновении.
На практике при задании указанных параметров использовались типовые значения Тлт, равные 100,250,500,1000, типовые значения X из диапазона от 0,1 до 1 с шагом 0,1 и коэффициентов авторегрессии a из диапазона 0,1 - 0,9 с шагом 0,2 плюс a = 0,8 и a = 0 (отсутствие корреляции) а также стандартизованные значения 5:
