РАЗДЕЛ 2
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ РАДИОСИГНАЛОВ, ПРИНИМАЕМЫХ РЛС ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АПС И СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ЭТИХ СИГНАЛОВ
В данном разделе изложены результаты теоретических исследований, целью которых является уменьшение времени первичной обработки радиосигналов принимаемых доплеровскими радиопрофайлерами, а также увеличение пространственной области определения профилей скорости ветра и его направления при применении моделей АР на этапах первичной и вторичной обработки радиосигналов в данной системе. Для повышения оперативности определения первых двух моментов СПМ предложено использовать комбинации авторегрессионого метода параметризации СПМ с методами моментов и наименьших квадратов. С целью расширения диапазона определения профилей скорости ветра и его направления радиопрофайлерами предложено применить методы прогнозирования с минимальной среднеквадратической ошибкой предсказания на базе моделей АР для экстраполяции этих профилей за пределами зоны определения метеовеличин доплеровскими радиопрофайлерами. Также доказывается целесообразность применения моделей АР для генерирования квадратурных составляющих имитационного сигнала с заданными спектральными характеристиками, адекватных сигналу на выходе квадратурного детектора доплеровского радиопрофайлера. Разрабатывается имитационная модель такого сигнала. Синтезированы алгоритмы проведения математического моделирования на ПЭВМ.
2.1 Выбор методов решения поставленных задач
В обзорной части диссертационной работы были сформулированы 4 задачи, обеспечивающие решение единой цели данной работы - повышение оперативности, уменьшение погрешности измерения профилей метеопараметров в атмосферном пограничном слое и расширение пространственной области их определения комплексами вертикального радиолокационного зондирования, включающими в себя доплеровский радиопрофайлер и радиоакустическую систему.
Первая задача - численное оценивание величины снижения флуктуационной погрешности определения первых двух моментов выборочной СПМ радиосигналов, принимаемых доплеровскими радиопрофайлерами, при применении неклассических методов спектрального и параметрического анализа на базе моделей АР по сравнению с классическими, а также рациональный выбор порядка модели и оптимальных алгоритмов вычисления коэффициентов этих моделей, позволяющих минимизировать флуктуационную погрешность измерений. Для решения данной задачи предполагается использовать математический аппарат спектрального и параметрического анализа, изложенный в ряде источников [57-59,63], и провести систематизацию полученных результатов. Поэтому методы решения поставленной задачи - это теоретический и численный анализ, позволяющие создать имитационную модель сигнала, отраженного от турбулентной атмосферы, а также методы спектрального, параметрического анализа и статистической обработки имитационных и реальных сигналов на этапе проведения имитационного моделирования.
Вторая задача - уменьшение количества математических операций при реализации СА и параметрического оценивания первых двух моментов СПМ, с целью снижения времени обработки радиосигналов, принимаемых доплеровскими радиопрофайлерами и обеспечение их обработки в реальном масштабе времени. Для решения задачи предполагается использовать теорию авторегрессионного оценивания первых двух моментов СПМ, разработанную авторами [86] применительно к скорости движения потоков жидкости. Методы решения задачи - эвристический на этапе выдвижения гипотезы о возможности уменьшения времени спектрального и параметрического анализа в результате применения теории [86], а также методы спектрального, параметрического анализа и статистической обработки имитационных и реальных сигналов на этапе доказательства того, что флуктуационная погрешность определения первых двух моментов СПМ усовершенствованными методами обработки радиосигналов менее или равна флуктуационной погрешности при применении классических методов, широко используемых в радиолокационных системах дистанционного зондирования АПС.
Третья задача - расширение области определения профилей скорости ветра и его направления в радиолокационных системах дистанционного зондирования АПС, что обеспечивается применением вторичной обработки радиолокационной информации с использованием методов прогнозирования, минимизирующих среднеквадратическую ошибку предсказания. Для решения задачи предполагается использовать теорию прогнозирования с минимальной среднеквадратической ошибкой предсказания. Методы решения задачи - эвристический при выдвижении гипотезы о применимости методов прогнозирования с минимальной среднеквадратической ошибкой предсказания к решению данной задачи и метод статистической обработки реальных профилей на этапе доказательства работоспособности теории пространственного прогнозирования.
Четвертая задача - расширение области определения профилей температуры комплексами, включающими системы радио- и радиоакустического зондирования АПС путем совершенствования способа управления частотой радиоизлучения системы РАЗ с целью обеспечения выполнения условия Брэгга во всем диапазоне высот зондирования. Методы решения задачи - теоретический и численный анализ технической реализуемости синтезатора радиочастоты, как элемента системы РАЗ, а также метод имитационного моделирования на этапе доказательства работоспособности усовершенствованного алгоритма управления синтезатором и оценивания значения величины потенциального расширения области определения профилей температуры в системе РАЗ с адаптивным управлением частотой радиопередатчика. Решение данной задачи изложено в четвертом разделе диссертационной работы.
Остановимся более подробно на рассмотрении теоретических аспектов решения первых трех задач.
2.2 Уменьшение флуктуационной погрешности определения первых двух моментов СПМ радиосигналов, принимаемых доплеровским радиопрофайлером
2.2.1 Применение моделей АР для спектрального анализа сигналов, рассеянных турбулентной атмосферой
В обз