Оцінювання параметрів метеосигнала на основі власних векторів і чисел кореляційної матриці вхідних впливів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347025020050

Анотація

Безпека польотів повітряних суден багато в чому залежить від якості вимірів параметрів метеоутворень  імпульсними доплерівськими метеорадіолокаторами. У статті розглядаються особливості оцінювання ширини доплерівського спектра швидкостей оптично неспостережуваних метеоутворень на основі методу «парних імпульсів». Характерною рисою таких метеоутворень є низькі значення потужності радіолокаційної відбиваності. Показано, що похибки оцінювання залежать від співвідношення потужностей безпосередньо метеоутворень внутрішнього шуму приймача. Запропоновано спосіб усунення цієї залежності. Він базується на використанні уявлення кореляційної матриці вхідних впливів через її власні вектора, поділом матриці на сигнальну й шумову складові й з наступним зниженням впливу шумової складової.

Ефективність запропонованого способу проілюстровано результатами імітаційного моделювання. Отримано аналітичні вирази для щільності розподілу абсолютної і відносної похибки оцінювання ширини спектра флуктуацій доплерівських швидкостей складових метеоутворення.

Посилання

  1. БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК
  2. Forecast of Convective Events Via Hybrid Model: Wrf and Machine Learning Algorithms / Y. U. da Silva et al. SSRN Electronic Journal. 2022. https://doi.org/10.2139/ssrn.4113508
  3. A Review of High Impact Weather for Aviation Meteorology / I. Gultepe et al. Pure and Applied Geophysics. 2019. Vol. 176, no. 5. P. 1869—1921. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02168-6
  4. Pereira-Nunes M., França G. B., de Almeida V. A. Application of Machine Learning Models for Convective Meteorological Events. Pure and Applied Geophysics. 2024. Vol. 181. P. 557—576. https://doi.org/10.1007/s00024-023-03395-8
  5. Severe Convective Weather Forecast Using Machine Learning Models / J. N. de Castro et al. Pure and Applied Geophysics. 2022. Vol. 179, no. 8. P. 2945—2955. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03088-8.
  6. Kulikovskii K. V., Sterlyadkin V. V. Radio-physical features of radar reflections from a clear sky in the millimeter wavelength range. Journal of Radio Electronics. 2023. Vol. 2023, no. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.5.1
  7. Doviak R. J., Zrnic D. S., Sirmans D. S. Doppler weather radar. Proceedings of the IEEE. 1979. Vol. 67, no. 11. P. 1522–1553. https://doi.org/10.1109/proc.1979.11511
  8. A novel sea clutter suppression method based on SVD‐FRFT at low signal‐to‐clutter ratio / Q. Cheng et al. Electronics Letters. 2023. Vol. 59, no. 14. https://doi.org/10.1049/ell2.12874
  9. Tsai S.-C., Chu Y.-H., Chen J.-S. Identification of Concurrent Clear-Air and Precipitation Doppler Profiles for VHF Radar and an Incorporating Study of Strongly Convective Precipitation with Dual-Polarized Microwave Radiometer. Atmosphere. 2022. Vol. 13, no. 4. P. 557.
  10. https://doi.org/10.3390/atmos13040557
  11. Rottger J, The instrumental principles of MST radars and incoherent scatter radars and the configuration of radar system hardware. International Council of Scientific Unions, Kyoto Middle Atmosphere Program. Handbook for MAP. Volume 30: International School on Atmospheric Radar : Conference Paper, Work of the US Gov, Urbana, Illinois. 1 October 1989. Vol. 30. P. 54—113.
  12. Kritchman S., Nadler B. Non-Parametric Detection of the Number of Signals: Hypothesis Testing and Random Matrix Theory. IEEE Transactions on Signal Processing. 2009. Vol. 57, no. 10. P. 3930—3941. https://doi.org/10.1109/tsp.2009.2022897
  13. Evaluating cloud liquid detection against Cloudnet using cloud radar Doppler spectra in a pre-trained artificial neural network / H. Kalesse-Los et al. Atmospheric Measurement Techniques. 2022. Vol. 15, no. 2. P. 279—295. https://doi.org/10.5194/amt-15-279-2022
  14. Precipitation Type Classification of Micro Rain Radar Data Using an Improved Doppler Spectral Processing Methodology / A. Garcia-Benadi et al. Remote Sensing. 2020. Vol. 12, no. 24. P. 4113. https://doi.org/10.3390/rs12244113
  15. Doppler processing in weather radar using deep learning / A. Collado Rosell et al. IET Signal Processing. 2020. Vol. 14, no. 9. P. 672—682. https://doi.org/10.1049/iet-spr.2020.0095
  16. Леховицкий Д. И., Рачков Д. С. , Атаманский Д. В. , Семеняка А. В. Оценка ширины доплеровского спектра скоростей метеообразований в когерентных импульсных МРЛ с произвольными интервалами зондирования. Успехи современной радиоэлектроники. 2012. № 3. С. 47—68.
  17. A weather signal detection algorithm based on EVD in elevation for airborne weather radar / Y. Wang et al. Digital Signal Processing. 2021. Vol. 116. P. 103118. https://doi.org/10.1016/j.dsp.2021.103118
  18. Stoica P., Moses R. Introduction to spectral analysis / ed. by M. R. L. Upper Saddle River, N.J : Prentice Hall, 1997. 319 p.
  19. Lekhovytskiy D. I., Shifrin Y. S. Statistical analysis of “superresolving” methods for direction-of-arrival estimation of noise radiation sources under finite size of training sample. Signal Processing. 2013. Vol. 93, no. 12. P. 3382—3399.
  20. https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2013.03.008.
  21. Adaptive detection of distributed targets in noise and interference which is partially related with targets / Z. Wang et al. Digital Signal Processing. 2020. Vol. 103. P. 102757. https://doi.org/10.1016/j.dsp.2020.102757
  22. Vasylyshyn V. Sensor Array Signal Processing Using SSA. Information Technology for Education, Science, and Technics. Cham, 2023. P. 697—714. https://doi.org/10.1007/978-3-031-35467-0_41
  23. Bringi V. N. Polarimetric Doppler Weather Radar: Principles and Applications. Cambridge University Press, 2004. 636 p.
  24. Dias J. M. B., Leitao J. M. N. Nonparametric estimation of mean velocity and spectral width in weather radar. 1995 International Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGARSS '95. Quantitative Remote Sensing for Science and Applications, Firenze, Italy: IEEE Geoscience and Remote Sensing Society. New York. 1995. Vol. 3. P. 2121—2125. https://doi.org/10.1109/igarss.1995.524125
  25. Weber, M. E., Advances in Operational Weather Radar Technology, MIT Lincoln Laboratory Journal, 2006. Vol. 16, nо. 1, P. 9—30.
  26. Ryzhkov A. V., Zrnic D. S. Radar Polarimetry for Weather Observations. Cham : Springer International Publishing, 2019. 486 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05093-1
  27. Пикаев И. К. Плотность распределения оценки комплексного коэффициента корреляции. Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 5. С. 1092—1094.

Опубліковано

2025-11-13

Як цитувати

Атаманський, Д., Василишин, В., Стовба, Р., Прокопенко, Л., & Красношапка, І. (2025). Оцінювання параметрів метеосигнала на основі власних векторів і чисел кореляційної матриці вхідних впливів. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка. https://doi.org/10.20535/S0021347025020050

Номер

Online first статті

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 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.