Исследование преимуществ комплексирования каналов локационной системы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.96

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ КАНАЛОВ ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Мария Владимировна Орлова

АО «Научно-исследовательский институт электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотру дник, тел. (383)216-05-68; Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, кандидат технических наук, доцент, тел. (383)216-05-68

Рассматривается возможность комплексирования нескольких автономных локаторов с различными характеристиками обнаружения с целью повышения характеристик обнаружения комплексированной системы. Разработана программа оценки и исследования характеристик системы в различных условиях работы с наглядным отображением результатов ра боты ком-плексированной системы и каналов по отдельности.

Ключевые слова: комплексированная система ближней локации, характеристики локационного обнаружения, вероятность правильного обнаружения, вероятность ложной тревоги, выигрыш за счет комплексирования.

INVESTIGATION OF THE COMPLEX MULTICHANNEL LOCATION SYSTEM ADVANTAGES

Maria V. Orlova

Joint-Stock Company «Scientific Research Institute on Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva St., Ph. D., Associate Professor, Senior Researcher, tel. (383)216-05-68, Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 K. Marksa Prospekt, Ph. D., Associate Professor, tel. (383)216-05-68

A possibility of the integration of different location systems with various detection characteristics is considered for the purpose of the detection characteristics increasing. A program for calculating and investigating of the complex system probability characteristics for various conditions has been developed, that provides the presentation of the complex system characteristics and characteristics of the channels-components.

Key words: complex location system, multichannel system, detection characteristics, correct detection probability, false alarm probability, complex location system advantages.

Одним из перспективных направлений улучшения характеристик локационных систем является применение принципа комплексирования. Под комплекси-рованием понимается совместная обработка результатов воспроизведения различными устройствами (системами) одного и того же сообщения или нескольких различных, но статистически связанных сообщений [1]. Под комплексированием устройств также понимается объединение их в единую комплексную (комплек-сированную) систему, осуществляющую совместную обработку информации [2]. Цель комплексирования - повышение характеристик за счет избыточности сообщения. В комплексированных локационных системах информация может

поступать в виде: решений об обнаружении или о необнаружении объекта отдельными информационными каналами; в виде решений об обнаружении объекта и решений о типах помех, воздействующих на информационные каналы; а также в виде аналоговых реализаций принятых сигналов с выходов линейных трактов информационных каналов [3].

При разработке алгоритма обработки информации, выдаваемой отдельными каналами комплексированной системы, рассматривается случай, когда информация поступает с выходов каналов в виде решений об обнаружении или необнаружении объекта. То есть, реализация сигнала на входе блока обработки информации представляет собой вектор, состоящий из нулей и единиц. Отношение правдоподобия в этом случае для наблюдаемой выборки У ( )=&,5

] [2]:

Л= Р (51,...5 „ / А = 1) "

Р(5Ь...5м / А = 0)

i=1

п

В,

п V-5

Р У

1-В

V 1 - Р У

(1)

Алгоритм принятия решения об обнаружении заключается в вычислении для принятой входной реализации логарифма отношения правдоподобия и сравнении его с порогом:

N

Е5,1п

,=1

(1 - VI д

ВтогЛ •• (2)

При превышении порога Ло принимается решение о наличии полезного сигнала в наблюдаемой выборке. Особенность алгоритма в том, что решения, принимаемые отдельными каналами (5^, суммируются с весовыми коэффициентами, то есть, с порогом сравнивается так называемая «взвешенная сумма», в которой весовые коэффициенты определяют вклад каждого канала в окончательное решение об обнаружении или необнаружении в зависимости от характеристик данного канала (вероятности правильного обнаружения В, и ложной тревоги ).

Если вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения всех каналов (обнаружителей) одинаковы, то есть, = В, = Р, , =1, ..N, то весовые коэффициенты одинаковы. Тогда вероятность правильного обнаружения В, вероятность ложной тревоги Р и результирующая вероятность обнаружения Ж комплексиро-ванной системы могут быть определены по формулам

N N

в =Е С^В™ (1 - В у- т р =Е С^Р™ (1 - Р ^- т Ж = В(1 - Р) (3)

т=Л о т=Л о

N!

Г™ _ ■ ^ Л7

где CN = т) " число сочетаний из N по т.

Разработана программа исследования характеристик различных вариантов построения комплексированной системы. Результаты оценки представлены в виде графиков. Например, на рис. 1, 2 приведены характеристики обнаружения двухканальной системы, реализующей алгоритм (2), при одинаковых характери-

стиках каналов, в зависимости от вероятности ложной тревоги отдельных каналов при различных значениях порога обнаружения. Кривые соответствуют принятию решения об обнаружении по схеме «И» и принятию решения по схеме «ИЛИ», а также приведены характеристики одноканальной системы.

Ж

о

1

11.95 0.9 0.35 0.8 0.75 0.7 0.65 Об 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

ГГ. ринятие р

/ ешения по

/ схеме «И»

11111 Принятие решени! по

/ N схеме «ИЛИ»

/ Ч 1 1 дин ка^

ч ч Ч/ О л

\ у N

\ \ ч

ч ч

\ X

\

\ ч

\

\

\ ч

\

\

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

F

Рис. 1. Зависимости вероятности обнаружения Ж двухканальной системы и одного канала от вероятности ложной тревоги одного канала F при значении вероятности правильного обнаружения D = 0,95

Рис. 2. Зависимости результирующей вероятности ложной тревоги ¥р двухканальной системы от вероятности ложной тревоги одного канала F

На рис. 3, 4 приведены характеристики обнаружения трехканальной системы при одинаковых характеристиках каналов в зависимости от вероятности ложной тревоги отдельных каналов. Графики приведены для различных значений порога обнаружения, которые соответствуют принятию решения об обнаружении по схеме «И», принятию решения по схеме «два из трех» и принятию решения по схеме «ИЛИ», а также характеристики одноканальной системы.

Ж

.0.9999,

РД95)

Принятие решения по

схеме «2 из 3 -х»

1111

Принятие решения по

схеме «И»

11111 Принятие решения схеме «ИЛИ»

).05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.9= 1

Р

по

Рис. 3. Зависимости вероятности обнаружения Ж трехканальной системы и одного канала от вероятности ложной тревоги одного канала Р при значении вероятности правильного обнаружения В = 0,95

Рр

1

0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 р

Рис. 4. Зависимости результирующей вероятности ложной тревоги Рр трехканальной системы от вероятности ложной тревоги одного канала Р

Принятие решения по ,..... .» *

/

у-- у* е в

схеме «ИЛИ» 9

у / / в

Принятие решения по „О „„ 1 • / 9

/ 0 0

* ф 1 9

смс / 9

■V* Один 1 /

/ *

у / ,« ■■■ Ксш ал *

/

*

.Г 1 • в

# П ринятие )ешения по хеме «И»

р

у' с

/ / т —

При разработке комплексированных локационных систем интерес представляет случай, когда каналы системы имеют различные характеристики обнаружения, например, различные вероятности ложной тревоги. На рис. 5 приведены результаты расчетов вероятности правильного обнаружения D, ложной тревоги F и результирующей характеристики вероятности обнаружения W для трехканальной системы в зависимости от величины порога обнаружения. По эти графикам можно подобрать необходимые характеристики системы (и характеристики отдельных каналов), удовлетворяющие требованиям при поставленной задаче.

Ж, D, F

1

0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 О.б 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 1 О

D

Ж

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4 5 5 5.5 6 6.5 7 7.5

:.5 9 9.5 10

F

h

Рис. 5. Зависимости вероятности правильного обнаружения D, ложной тревоги F и результирующей характеристики вероятности обнаружения Ж для трехканальной системы от величины порога обнаружения h при характеристиках каналов: D=D=D3=0.95; F1=0.2; F2=0.3; К3=0.1

Разработанная программа позволяет оценить выигрыш за счет применения ком-плексирования каналов локационной системы с различными характеристиками и исследовать характеристики системы в целом в зависимости от характеристик отдельных каналов, а также от порога обнаружения. Характеристики могут быть рассчитаны для различных условий применения комплексированной системы и для различных требований, накладываемых на систему, что позволяет подобрать оптимальные характеристики каналов и порога обнаружения для конкретной задачи.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. - М.: Радио и связь, 1986. -288 с.

2. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. - М.: Радио и связь, 1992. -304 с.

3. Орлова М.В. Обработка сигналов в комплексированных системах ближней локации: учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 76 с.

© М. В. Орлова, 2017