Дисертації (РТС)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (РТС) за Автор "Маленчик, Тарас Володимирович"
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Методи виявлення траєкторії і супроводження малорозмірного БПЛА FMCW радаром з використанням вирішальних статистик відміток(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Маленчик, Тарас Володимирович; Жук, Сергій ЯковичМаленчик Т. В. Методи виявлення траєкторії і супроводження малорозмірного БПЛА FMCW радаром з використанням вирішальних статистик відміток. - Кваліфікаційна праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 17 Електроніка та телекомунікації 172 Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Метою роботи є підвищення ефективності виявлення траєкторії і супроводження малорозмірного БПЛА (МБПЛА) FMCW радаром при малих відношеннях сигнал шум (ВСШ), шляхом розробки методів траєкторної обробки, що використовують вирішальні статистики відміток і не вимагають значних обчислювальних витрат. Розвиток технологій побудови МБПЛА, їх доступність і масове використання, призвели до появи нового класу загроз, що вимагає розробки відповідних систем захисту. Сучасним засобом виявлення рухомих цілей на малих відстанях є FMCW радар, який забезпечує: високоточне вимірювання дальності, а також радіальної швидкості, кращу безпеку через відсутність імпульсного випромінювання з великою потужністю; низьке енергоспоживання. Особливістю МБПЛА як об'єктів радіолокаційного спостереження є екстремально низькі значення ефективної поверхні розсіювання, що призводить до зменшення дальності його виявлення і появи значної кількості хибних відміток. Крім того, МБПЛА можуть рухатись з різними видами маневру, які апріорі невідомі. Це обумовлює необхідність вдосконалення існуючого алгоритмічного забезпечення для вирішення задачі обробки траєкторної інформації. У традиційних алгоритмах виявлення траєкторії і супроводження цілей використовується тільки координатна інформація. Для підвищення ефективності вирішення таких задач в якості додаткової інформації запропоновано [1-3] використовувати вирішальні статистики відміток з виходу оптимального приймача первинної обробки сигналів. Однак відомі методи супроводження до виявлення та деревовидні послідовні методи виявлення траєкторії цілі вимагають великих обчислювальних витрат. Відомий псевдобайєсівський алгоритм супроводження цілі з ймовірнісним об'єднанням даних, який вважається найкращим щодо співвідношення якості і обчислювальних витрат, не враховує різні типи руху цілі. Тому актуальною науковою задачею є розробка методів виявлення траєкторії і адаптивного супроводження МБПЛА FMCW радаром з використанням вирішальних статистик відміток, для підвищення ефективності траєкторної обробки при малих ВСШ, які не вимагають значних обчислювальних витрат. В першому розділі розглянуто особливості МБПЛА, клас потенційних загроз, які вони становлять, та обґрунтовано актуальність задачі радіолокаційного виявлення та супроводження МБПЛА. Проведено аналіз характеристик та особливостей застосування FMCW радара для виявлення рухомих цілей. Розглянути переваги і недоліки існуючих методів радіолокаційного виявлення траєкторії, супроводження та зриву супроводження рухомих цілей. Показано, що застосування відомих алгоритмів, є неефективним при малих ВСШ. Зроблено висновок про доцільність використання для підвищення ефективності вирішення задач вторинної обробки радіолокаційної інформації при малих ВСШ вирішальних статистик відміток. Сформульовано мету і наукові завдання дисертаційного дослідження. Другий розділ присвячено розробленню методів виявлення МБПЛА та його траєкторії FMCW радаром. Розглянуто задачу виявлення гармонійного сигналу з невідомими параметрами при відомій потужності шуму. Пристрійвиявлення сигналу FMCW радару на інтервалі когерентного накопичення побудовано за періодограмною схемою. Отримано закони розподілу щільності ймовірності вирішальної статистики відмітки за умови наявності і відсутності цілі. Синтезовано алгоритм оцінювання невідомої потужності шуму з використанням довірчих інтервалів та проведено його аналіз. На основі критерію Вальда розроблено метод послідовного виявлення траєкторії малорозмірного БПЛА з використанням вирішальної статистики найсильнішої відмітки в стробі супроводження. Проведено його аналіз і порівняння з методом виявлення, в якому вирішальні статистики не враховуються шляхом статистичного моделювання. В третьому розділі розроблено метод адаптивного супроводження МБПЛА з ймовірнісною ідентифікацією даних з використанням вирішальних статистик відміток, в якому враховуються різні типи його руху. При цьому використано модель руху маневруючої цілі у вигляді дискретної стохастичної динамічної системи з випадковою структурою по дальності. Шляхом статистичного моделювання проведено аналіз розробленого методу і його порівняння з алгоритмами супроводження з ототожненням даних за методами «найсильніший сусід» і «найближчий сусід». Удосконалено метод виявлення зриву супроводження малорозмірного БПЛА FMCW радаром на основі критерію l n/ , в якому додатково виконується перевірка основної гіпотези щодо закону розподілу накопичених вирішальних статистик найсильніших відміток, отриманих в стробах супроводження. Проведено його аналіз на прикладі алгоритму виявлення зриву супроводження за критерієм 3 / 4 . В четвертому розділі синтезовано алгоритм адаптивного супроводження МБПЛА з ймовірнісною ідентифікацією даних з використанням вирішальних статистик відміток трикоординатним FMCW радаром. Особливістю алгоритма є спільне оцінювання параметрів руху цілі та змінної перемикання, що характеризує вид її руху, у декартовій системі координат, а ототожнення відміток в стробі супроводження виконується у сферичній системі координат на основі методу ймовірнісного об’єднанням даних з використаннямвирішальних статистик відміток. Шляхом статистичного моделювання проведено аналіз ефективності розробленого алгоритму. Розроблено рекомендації щодо побудови FMCW радара в надвисокочастотному діапазоні радіохвиль з використанням гібридно–інтегральних технологій. Проведено аналіз можливостей практичної реалізації розроблених алгоритмів виявлення і супроводження МБПЛА FMCW радаром та обгрунтовано цифрову платформу для їх реалізацій. Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному: 1. Розроблено метод адаптивного супроводження маневруючого МБПЛА FMCW радаром з ймовірнісною ідентифікацією даних, в якому на відміну від відомих відбувається спільне оцінювання параметрів і розпізнавання різних видів його руху і враховуються в якості вимірювань вирішальні статистики всіх відміток в стробі супроводження. 2. Удосконалено метод послідовного виявлення траєкторії МБПЛА FMCW радаром на основі критерію Вальда, шляхом використанням при розрахунку часткового відношення правдоподібності вирішальної статистики найсильнішої відмітки в стробі супроводження. 3. Удосконалено метод виявлення зриву супроводження МБПЛА FMCW радаром на основі критерію l n/ , шляхом додаткової перевірки основної гіпотези щодо закону розподілу накопичених вирішальних статистик найсильніших відміток, отриманих в стробах супроводження, проти альтернативи із заданим рівнем значущості. 4. Удосконалено метод виявлення МБПЛА FMCW радаром при невідомій потужності шуму, в якому в якості максимально правдоподібної оцінки потужності шуму використовується середнє значення навчаючої вибірки, отриманої з далекомірно-доплерівського портрету, об’єм якої визначається з використанням заданої ймовірності хибної тривоги і довірчої ймовірності її виходу за межі довірчого інтервалуПрактичне значення одержаних результатів полягає у тому, що: 1. Удосконалний метод послідовного виявлення траєкторії МБПЛА FMCW радаром на основі критерію Вальда у порівнянні з методом, що не використовує вирішальні статистики відміток, забезпечує збільшення ймовірності виявлення траєкторії цілі при хибної тривоги до 50% і 34% і зменшення число оглядів в 4 та 2.5 рази відповідно. Ймовірність хибного виявлення траєкторії цілі для розробленого алгоритму менше ніж на порядок. 2. Розроблений метод адаптивного супроводження МБПЛА з ймовірнісною ідентифікацією даних з використанням вирішальних статистик відміток, дозволяє зменшити ймовірність зриву супроводження у порівнянні з алгоритмами супроводження з ототожненням даних за методами «найсильніший сусід» і «найближчий сусід» при ВСШ 4 дБ до 2.5 і 5.5 разів відповідно і збільшити середній час супроводження цілі до 18% і 38% відповідно в діапазоні ймовірності хибної тривоги 3 2 10 10 − − . 3. Удосконалений метод виявлення зриву супроводження траєкторії цілі за критерієм 3 / 4 з накопиченням вирішальної статистики найсильнішої відмітки дозволяє підвищити ймовірність правильного виявлення зриву супроводження в 2–8 разів при ймовірності хибної тривоги 3 2 2.5 10 7.5 10 − − , у порівнянні з алгоритмом, який не використовує вирішальні статистики. Середній час виявлення зриву траєкторії цілі зменшується в 2.4 - 3.3 рази. 4. Розроблений алгоритм адаптивного супроводження маневруючого МБПЛА трикоординатним FMCW радаром забезпечує розпізнавання різних видів руху МБПЛА з імовірностями вище 0.9, що дозволяє формувати строби супроводження адекватно поточній ситуації. При прямолінійному русі і зависанні МБПЛА, адаптивний фільтр забезпечує СКВ похибок прогнозу і оцінки координат до 4.3 і 1.8 разів менше, ніж на ділянках руху з маневром. 5. При реалізації радара в надвисокочастотному діапазоні частот з використанням гібридно–інтегральних технологій і потужності випромінювання 1 Вт, забезпечується виявлення і супроводження цілі з ЕПР 2 0.01 м розробленими алгоритмами з відстані 1000 м. 6. Використання 1% обчислювальної потужності система на кристалі (СнК) SX2800 для реалізації розробленого адаптивного алгоритму супроводження маневруючого МБПЛА трикоординатним FMCW радаром забезпечує супроводження 2.5 тис. траєкторій.