Розробка методу оптимізації вимірювання частоти Доплера пачки з врахуванням флуктуацій початкових фаз її радіоімпульсів

Автор(и)

  • Сергій Петрович Євсеєв Харківський національний економічний університет ім. С. Кузнеця, Україна https://orcid.org/0000-0003-1647-6444
  • Олександр Леонідович Кузнєцов Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-5915-8107
  • Сергій Вікторович Герасимов Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0003-1810-0387
  • Станіслав Анатолійович Горєлишев Національна академія Національної гвардії України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1689-0901
  • Антон Дмитрович Карлов Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-0812-7052
  • Ігор Вікторович Ковальов Національна академія Національної гвардії України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7359-5776
  • Олексій Володимирович Коломійцев Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-8228-8404
  • Олена Вячеславівна Лукашук Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0001-8721-2433
  • Олександр Володимирович Мілов Харківський національний економічний університет ім. С. Кузнеця, Україна https://orcid.org/0000-0001-6135-2120
  • Віталій Юрійович Панченко Національна академія Національної гвардії України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8601-2672

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229221

Ключові слова:

аеродинамічний об’єкт, когерентна пачка радіоімпульсів, радіолокатор, середньоквадратична похибка, частота Доплера

Анотація

Обґрунтовано необхідність оцінювання ступеня зниження точності вимірювання інформативних параметрів радіолокаційного сигналу в реальних умовах його поширення та відбиття. Результати оцінювання дозволять визначити вимоги для оптимізації такого вимірювання для забезпечення необхідної ефективності. Викладено чисельний аналіз зниження точності вимірювання частоти Доплера когерентної пачки залежно від статистичних характеристик флуктуацій початкових фаз її радіоімпульсів. Наведено вирази для розрахунку флуктуаційної складової похибки вимірювання частоти пачки радіоімпульсів для різних коефіцієнтів міжімпульсної кореляції фазових флуктуацій. Проведено оцінювання можливості підвищення точності вимірювання частоти Доплера, що може бути забезпечено шляхом статистичної оптимізації алгоритму часо-частотної обробки даного радіолокаційного сигналу за рахунок врахування його фазових флуктуацій. Обґрунтовано умови мультиплікативного впливу фазових флуктуацій радіоімпульсів прийнятої пачки, які визначають ефективність оптимізації вимірювання її частоти Доплера.

За результатами дослідження запропоновано метод оптимізації вимірювання частоти Доплера пачки з врахуванням флуктуацій початкових фаз її радіоімпульсів. Оцінено точність вимірювання частоти Доплера за наявністю впливу як внутрішнього шуму приймального пристрою радіолокатора так й корельованих фазових флуктуацій її радіоімпульсів. Оцінено ефективність оптимізації вимірювання частоти Доплера пачки з врахуванням флуктуацій початкових фаз її радіоімпульсів шляхом комп’ютерного моделювання. Доведено, що при впливі фазових флуктуацій підвищення точності вимірювання частоти Доплера за рахунок проведеної оптимізації може складати від 1.86 до 6.29 разів. Це відкриває шлях до удосконалення існуючих алгоритмів вимірювання вищих похідних дальності за часом для підвищення якості супроводження складних аеродинамічних об’єктів, що маневрують. Цим зумовлена важливість та корисність роботи для теорії радіолокації

Біографії авторів

Сергій Петрович Євсеєв, Харківський національний економічний університет ім. С. Кузнеця

Доктор технічних наук, професор

Кафедра кібербезпеки та інформаційних технологій

Олександр Леонідович Кузнєцов, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра фізики та радіоелектроніки

Сергій Вікторович Герасимов, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Доктор технічних наук, професор

Кафедра бойового застосування озброєння протиповітряної оборони сухопутних військ

Станіслав Анатолійович Горєлишев, Національна академія Національної гвардії України

Кандидат технічних наук, доцент

Науково-дослідна лабораторія забезпечення службово-бойової діяльності Національної гвардії України

Науково-дослідний центр службово-бойової діяльності Національної гвардії України

Антон Дмитрович Карлов, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Група міжнародного військового співробітництва

Ігор Вікторович Ковальов, Національна академія Національної гвардії України

Кандидат військових наук

Кафедра тактико-спеціальної підготовки

Олексій Володимирович Коломійцев, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра обчислювальної техніки та програмування

Олена Вячеславівна Лукашук, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук

Кафедра фізики та радіоелектроніки

Олександр Володимирович Мілов, Харківський національний економічний університет ім. С. Кузнеця

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та інформаційних технологій

Віталій Юрійович Панченко, Національна академія Національної гвардії України

Кандидат військових наук, доцент

Посилання

  1. Zohuri, B. (2020). Fundaments of Radar. Radar Energy Warfare and the Challenges of Stealth Technology, 1–110. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-40619-6_1
  2. Melvin, W. L., Scheer, J. (Eds.) (2012). Principles of Modern Radar: Advanced techniques. IET. doi: https://doi.org/10.1049/sbra020e
  3. Klemm, R., Nickel, U., Gierull, C., Lombardo, P., Griffiths, H., Koch, W. (Eds.) (2017). Novel Radar Techniques and Applications Volume 1: Real Aperture Array Radar, Imaging Radar, and Passive and Multistatic Radar. IET. doi: https://doi.org/10.1049/sbra512f
  4. Herasimov, S., Roshchupkin, E., Kutsenko, V., Riazantsev, S., Nastishin, Yu. (2020). Statistical analysis of harmonic signals for testing of Electronic Devices. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8 (7), 3791–3798. doi: https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/143872020
  5. Barton, D. K. (2012). Radar Equations for Modern Radar. Artech House, 264.
  6. Herasimov, S., Belevshchuk, Y., Ryapolov, I., Volkov, A., Borysenko, M., Tokar, O. (2020). Modeling technology of radar scattering of the fourth generation EF-2000 Typhoon multipurpose aircraft model. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8 (9), 5075–5082. doi: https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/30892020
  7. Minervin, N. N., Karlov, D. V., Konovalov, V. M. (2013). Features of influencing the ionosphere on radar signals at accelerated motion of space objects. Applied Radio Electronics, 12 (4), 530–532.
  8. Minervin, N. N., Kuznetsov, A. L. (2013). Optimal algorithms for measuring target radial velocity and received signal arrival angle in view of phase fluctuations with arbitrary correlation function. Applied Radio Electronics, 12 (4), 514–517.
  9. Volosyuk, V. K., Gulyaev, Y. V., Kravchenko, V. F., Kutuza, B. G., Pavlikov, V. V., Pustovoit, V. I. (2014). Modern methods for optimal spatio-temporal signal processing in active, passive, and combined active-passive radio-engineering systems. Journal of Communications Technology and Electronics, 59 (2), 97–118. doi: https://doi.org/10.1134/s1064226914020090
  10. Klochko, V. K. (2016). Algorithms of 3D radio-wave imaging in airborne Doppler radar. Radioelectronics and Communications Systems, 59 (8), 335–343. doi: https://doi.org/10.3103/s0735272716080021
  11. Richards, M. A. (2014). Fundamentals of Radar Signal Processing. McGraw-Hill Education.
  12. O’Neill, C. R., Arena, A. S. (2005). Time Domain Training Signals Comparison for Computational Fluid Dynamics Based Aerodynamic Identification. Journal of Aircraft, 42 (2), 421–428. doi: https://doi.org/10.2514/1.6424
  13. Singh, M., Bhoi, S. K., Khilar, P. M. (2017). Short-Range Frequency-Modulated Continuous Wave (FMCW) Radar Using Universal Software-Defined Radio Peripheral (USRP). Progress in Intelligent Computing Techniques: Theory, Practice, and Applications, 559–565. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-10-3376-6_60
  14. Wu, X., Tian, Z., Davidson, T., Giannakis, G. (2006). Optimal waveform design for UWB radios. IEEE Transactions on Signal Processing, 54 (6), 2009–2021. doi: https://doi.org/10.1109/tsp.2006.872556
  15. Karimi-Ghartemani, M., Iravani, M. R. (2005). Measurement of harmonics/inter-harmonics of time-varying frequencies. IEEE Transactions on Power Delivery, 20 (1), 23–31. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2004.837674
  16. Valenzuela, J., Pontt, J. (2009). Real-time interharmonics detection and measurement based on FFT algorithm. 2009 Applied Electronics, 259–264.
  17. Tian, X., Zhang, T., Zhang, Q., Xu, H., Song, Z. (2018). Pulse Compression Analysis for OFDM-Based Radar-Radio Systems. Machine Learning and Intelligent Communications, 381–390. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-73447-7_42
  18. Herasimov, S., Tymochko, O., Kolomiitsev, O., Aloshin, G., Kriukov, O., Morozov, O., Aleksiyev, V. (2019). Formation Analysis of Multi-Frequency Signals of Laser Information Measuring System. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 19–28. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.00984
  19. Karlov, V., Kuznietsov, O., Artemenko, A. (2018). Statement of problem of target’s radial velocity optimal estimation using initial phases correlating fluctuations of received radio pulses bursts. Zbirnyk naukovykh prats Kharkivskoho natsionalnoho universytetu Povitrianykh Syl, 3, 115–121. doi: https://doi.org/10.30748/zhups.2018.57.17
  20. Kuznietsov, O., Karlov, V., Karlov, A., Kiyko, A., Lukashuk, O., Biesova, O., Petrushenko, M. (2020). Estimation of the Dispersion of the Error in Measuring the Frequency of a Pack with Correlated Fluctuations in the Initial Phases of its Radio Pulses. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). doi: https://doi.org/10.1109/ukrmw49653.2020.9252588
  21. Siedyshev, Yu. M., Karpenko, V. I., Atamanskyi, D. V. et. al. (2010). Radioelektronni systemy. Kharkiv: KhUPS, 418.
  22. Mogyla, A. A. (2014). Application of stochastic probing radio signals for the range-velocity ambiguity resolution in doppler weather radars. Radioelectronics and Communications Systems, 57 (12), 542–552. doi: https://doi.org/10.3103/s0735272714120036
  23. Ghasemi, A., Abedi, A., Ghasemi, F. (2012). Propagation of Radar Waves. Propagation Engineering in Radio Links Design, 299–365. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5314-7_6

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Євсеєв, С. П., Кузнєцов, О. Л., Герасимов, С. В., Горєлишев, С. А., Карлов, А. Д., Ковальов, І. В., Коломійцев, О. В., Лукашук, О. В., Мілов, О. В., & Панченко, В. Ю. (2021). Розробка методу оптимізації вимірювання частоти Доплера пачки з врахуванням флуктуацій початкових фаз її радіоімпульсів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9 (110), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229221

Номер

Том 2 № 9 (110) (2021): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Сергій Петрович Євсеєв, Олександр Леонідович Кузнєцов, Сергій Вікторович Герасимов, Станіслав Анатолійович Горєлишев, Антон Дмитрович Карлов, Ігор Вікторович Ковальов, Олексій Володимирович Коломійцев, Олена Вячеславівна Лукашук, Олександр Володимирович Мілов, Віталій Юрійович Панченко

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.