Зменшення впливу відбиттів від землі під час оцінювання параметрів спектра метеосигнала на основі адаптивного решітчастого фільтру

Автор(и)

  • Дмитро Володимирович Атаманський Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Харків, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-8705-8584
  • Руслан Стовба Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Харків, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7537-1055
  • Ігор Романенко Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Харків, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-0187-1778
  • В'ячеслав Рябуха ТОВ Радіонікс, Київ; Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8607-9551

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022070044

Ключові слова:

метеоутворення, відбиття від поверхні, що підстилає завади, спектральна густина, адаптивний решітчастий фільтр, оцінювання параметрів метеосигналів

Анотація

Розглянуто різні процедури оцінювання параметрів метеоутворень системами міжперіодної обробки сигналів імпульсних доплерівських метеорологічних радіолокаторів в умовах завад, які створюються відбиттями зондувального сигналу від земної й морської (водної) поверхні, та предметів, що знаходяться на земній поверхні. Вони ґрунтуються на оцінках модуля і фази автокореляційної спектральної густини (АСГ) суміші відбиттів від метеоутворень та завади. Показано, що процедура, яка використовує такі оцінки й перетворення Фур’є, може бути реалізована на адаптивних решітчастих фільтрах, що підвищує ефективність оцінок метеорологічних параметрів метеоутворень. Запропонована і досліджена альтернативна процедура оцінювання, яка теж базується на оцінках модуля і фази АСГ, але з оцінюванням спектральної густини «надрозділяючим» алгоритмом Кейпона. На основі аналізу функцій розподілу похибок оцінювання спектральних моментів відбиттів від метеоутворень по навчальній вибірці обмеженого обсягу, показано переваги й недоліки відомих і запропонованої процедур оцінювання. Показано, що серед розглянутих процедур доцільно використовувати запропоновану процедуру з оцінюванням спектральної густини вхідної суміші «надрозділяючим» алгоритмом Кейпона. Вона в основному задовольняє вимоги до похибок оцінювання для різних значень параметрів завади і відбиттів від метеоутворень, зокрема, в небезпечних ситуаціях сильної турбулентності метеоутворень. Альтернативою дослідженим процедурам може бути алгоритм комбінації оцінок цих процедур.

Посилання

A. V. Ryzhkov, D. S. Zrnic, Radar Polarimetry for Weather Observations. Cham: Springer International Publishing, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-05093-1.

A. Collado Rosell, J. P. Pascual, J. Areta, “Adaptive spectral processing algorithm for staggered signals in weather radars,” IET Radar, Sonar Navig., vol. 14, no. 11, pp. 1659–1670, 2020, doi: https://doi.org/10.1049/iet-rsn.2020.0095.

J. Yin, C. M. H. Unal, H. W. J. Russchenberg, “Narrow-band clutter mitigation in spectral polarimetric weather radar,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 55, no. 8, pp. 4655–4667, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TGRS.2017.2696263.

A. Collado Rosell, J. Cogo, J. A. Areta, J. P. Pascual, “Doppler processing in weather radar using deep learning,” IET Signal Process., vol. 14, no. 9, pp. 672–682, 2020, doi: https://doi.org/10.1049/iet-spr.2020.0095.

P. Kollias et al., “The ARM radar network: At the leading edge of cloud and precipitation observations,” Bull. Am. Meteorol. Soc., vol. 101, no. 5, pp. E588–E607, 2020, doi: https://doi.org/10.1175/BAMS-D-18-0288.1.

J. C. Hubbert, M. Dixon, S. M. Ellis, “Weather radar ground clutter. Part II: Real-time identification and filtering,” J. Atmos. Ocean. Technol., vol. 26, no. 7, pp. 1181–1197, 2009, doi: https://doi.org/10.1175/2009JTECHA1160.1.

S. M. Torres, D. A. Warde, “Ground clutter mitigation for weather radars using the autocorrelation spectral density,” J. Atmos. Ocean. Technol., vol. 31, no. 10, pp. 2049–2066, 2014, doi: https://doi.org/10.1175/JTECH-D-13-00117.1.

S. M. Torres, D. A. Warde, “Staggered-PRT sequences for Doppler weather radars. Part I: Spectral analysis using the autocorrelation spectral density,” J. Atmos. Ocean. Technol., vol. 34, no. 1, pp. 51–63, 2017, doi: https://doi.org/10.1175/JTECH-D-16-0071.1.

H. Li, D. Moisseev, “Two layers of melting ice particles within a single radar bright band: Interpretation and implications,” Geophys. Res. Lett., vol. 47, no. 13, 2020, doi: https://doi.org/10.1029/2020GL087499.

“Трассовый радиолокационный комплекс «Сопка-2».” https://lemz.ru/сопка-2/.

Л. Т. Перевезенцев, “Основные направления развития радиолокационных систем управления воздушным движением,” Вестник Национального авиационного университета, vol. 2, no. 1, 1999, doi: https://doi.org/10.18372/2306-1472.2.9312.

A. D. Siggia, R. E. Passarelli, “Gaussian model adaptive processing (GMAP) for improved ground clutter cancellation and moment calculation,” in Proc. Third European Conf. on Radar in Meteorology and Hydrology, 2004, pp. 67–73.

M.-H. Golbon-Haghighi, G. Zhang, “Detection of ground clutter for dual-polarization weather radar using a novel 3D discriminant function,” J. Atmos. Ocean. Technol., vol. 36, no. 7, pp. 1285–1296, 2019, doi: https://doi.org/10.1175/JTECH-D-18-0147.1.

D. I. Lekhovytskiy, V. P. Riabukha, D. V. Atamanskiy, A. V. Semeniaka, D. S. Rachkov, “Lattice filtration theory. Part I: One-dimensional lattice filters,” Telecommun. Radio Eng., vol. 80, no. 5, pp. 41–79, 2021, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.2021039186.

D. I. Lekhovytskiy, V. P. Riabukha, D. V. Atamanskiy, A. V. Semeniaka, D. S. Rachkov, “Lattice filtration theory. Part II: Two-variate and multivariate lattice filters,” Telecommun. Radio Eng., vol. 80, no. 6, pp. 55–72, 2021, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.2021040594.

Д. В. Атаманский, А. В. Семеняка, И. В. Красношапка, “Оценивание ширины негауссовых доплеровских спектров скоростей метеообразований,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 64, no. 1, pp. 3–16, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347021010015.

В. Дьяконов, “MATLAB — новые возможности в технологии спектроскопии и спектрометрии,” Компоненты и технологии, no. 11, 2010, uri: https://kit-e.ru/cad/matlabi-v-spektroskopii-i-spektrometrii/.

Р. Д. Довиак, Д. С. Зрнич, Доплеровские Радиолокаторы и Метеорологические Наблюдения. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988.

Д. И. Леховицкий, Д. В. Атаманский, Д. С. Рачков, А. В. Семеняка, “Оценка энергетических спектров отражений в импульсных доплеровских метеорадиолокаторах. Ч. 3. Статистический анализ методов воспроизведения непрерывных спектров отражений от метеообразований,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 2, pp. 59–96, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017020017.

D. I. Lekhovytskiy, V. P. Riabukha, D. V. Atamanskiy, A. V. Semeniaka, D. S. Rachkov, “Lattice filtration theory. Part III: ALF adjustment algorithms,” Telecommun. Radio Eng., vol. 80, no. 12, pp. 45–73, 2021, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.2022042185.

Д. И. Леховицкий, В. П. Рябуха, Г. А. Жуга, Д. С. Рачков, А. В. Семеняка, “СДЦ в импульсных РЛС: 5. Адаптивные системы междупериодной обработки гауссовых сигналов на фоне гауссовых пассивных помех,” Прикладная радиоэлектроника, vol. 10, no. 4, pp. 508–525, 2011, uri: http://openarchive.nure.ua/handle/document/4718.

П. А. Бакут, И. А. Большаков, Б. М. Герасимов, Вопросы Статистической Теории Радиолокации. Том 1. Москва: Советское радио, 1963.

М. Абрамовиц, И. Стиган, Eds., Справочник По Специальным Функциям с Формулами, Графиками и Математическими Таблицами. Москва: Наука, 1979.

Д. И. Леховицкий, И. Г. Кириллов, “Моделирование пассивных помех импульсным РЛС на основе процессов авторегрессии произвольного порядка,” Системи обробки інформації, vol. 70, no. 3, pp. 90–101, 2008, uri: http://www.hups.mil.gov.ua/periodic-app/article/5988.

Т. А. Базлова, “Том 1: Научно-методические основы,” in Радиолокационные Метеорологические Наблюдения, А. С. Солонин, Ed. Санкт-Петербург: Наука, 2010, p. 312.

Структурна схема обробки вхідних дій на основі АРФ

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-07-22 — Оновлено 2022-07-22

Як цитувати

Атаманський, Д. В., Стовба, Р., Романенко, І., & Рябуха, В. (2022). Зменшення впливу відбиттів від землі під час оцінювання параметрів спектра метеосигнала на основі адаптивного решітчастого фільтру. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(7), 406–419. https://doi.org/10.20535/S0021347022070044

Номер

Том 65 № 7 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.