Висше военноморско училище “Н. Й. Вапцаров” факултет „навигационен”



страница3/3
Дата13.06.2017
Размер0.53 Mb.
#23507
ТипАвтореферат
1   2   3

За отчитане на влиянието на вида на използваната корабна антена върху стойността на напрегнатостта на електромагнитното поле в точката на приемане са въведени поправъчни коефициенти. Тези коефициенти отчитат вида на антената и наклона й спрямо хоризонталната повърхност. Във втора глава са определени аналитични изрази за две от най-широко използваните в корабните комуникации УКВ антени: вълнов вибратор и полувълнов вибратор в зависимост от наклона й. Графики на поправъчните коефициенти са показани на фигура 2.1.

От графиките за наклон 45° се определят поправъчни коефициенти за вълнов вибратор – 0.8 и за полувълнов вибратор – 0,5, тогава коригираните стойности на напрегнатостта на електромагнитното поле в точката на приемане имат вида показан на таблици 4.9, 4.10 и фигури 4.3 и 4.4, съответно за Морско и Крайбрежно радиотрасета.

Фиг.4.3. Графика на изчислена и коригирана напрегнатост на електромагнито поле в точката на приемане за полувълнов и вълнов вибратор за Морско радиотрасе във функция от разстоянието.




Фиг.4.4. Графика на изчислена и коригирана напрегнатост на електромагнито поле в точката на приемане за полувълнов и вълнов вибратор за Крайбрежно радиотрасе във функция от разстоянието.

Оценени са резултатите получени от натурния експеримент и теоретично получените резултати от двата вида радио трасета. Оценката се извършва с корелационен анализ в средата на MATLAB. Стойността на корелационния коефициент е взет за критерий за съответствие като сравнението се извършва със стойностите изчислени с аналитичния модел . Направени са изчисления за двата вида трасета и за сравнение е намерена корелационната зависимост между тях.

Корелационната матрица има вида:

Корелационният коефициент е r = 0,9921 с ниво на доверителност 95%.

Получените резултати за и от корелационния анализ дават достатъчно основание резултатите получени при използване на

аналичния модел да се използват за оценяване на резултатите от натурния експеримент. При извършените проверки са получени следните резултати:

- за морското радио трасе корелационната матрица има вида:

(4.12)

Корелационният коефициент е r = 0,893 с доверителна вероятност 0,05.

(4.13)

Стойностите на r и p са показател за силна корелационна зависимост между данните от експеримента и модела.

Аналитичните функции на апроксимираните данни имат следния вид:

- измерените стойности се апроксимират с функцията:

(4.14)

- изчислените стойности се апроксимират с функцията:

(4.15)

Графиките на функциите на апроксимираните данни са показани на фигура 4.5.



Фиг.4.5 Графики на измерените и изчислените стойности на напрегнатостта на полето в точката на приемане на морско радиотрасе и техните апроксимирани функции.
- за крайбрежното радиотрасе корелационната матрица има вида:

Корелационният коефициент е r = 0,222 с доверителна вероятност 0,05.

Стойностите на r и p показват слаба корелационна зависимост между данните от експеримента и модела. Слабата корелация означава, че не съществува линейна зависимост между двете величини. Това обаче не означава, че няма някаква друга зависимост.

На фигура 4.7 са показани графики на апроксимираната функция на измерените стойности на напрегнатостта на полето в точката на приемане на крайбрежно радиотрасе и остатъците от апроксимацията. Фунцията на фигура 4.7 е същата като тази от фигура 4.6, на в по-голям мащаб. Това се налага за определяне на точките на остатъците на апроксимация при нейното изследване.


Причина за това може да бъде систематична грешка в измервателния прибор или неадекватност на избрания аналитичен модел за сравнение. Първата причина се отхвърля, тъй като при другото радиотрасе резултатите от експеримента не противоречат на теоретичните. Следователно за несъответствието причината е в избрания за сравнение аналитичен модел. Действително избраният аналитичен модел не отчита, че трасето преминава над части от сушата и в точката на приемане пристигат само или преобладаващо отразени радиовълни. Този факт се потвърждава и от получения в трета глава извод, че измерените данни имат релеевско разпределение на напрегнатостта на електромагнитното поле.

Изхождайки от това данните се апроксимират с функции от вида: (4.25) ,

тогава аналитичните функции на апроксимираните данни имат следния вид:

- измерените стойности се апроксимират с функцията:

(4.26)
- изчислените стойности се апроксимират с функцията:

(4.27)



Графиките на апроксимираните функции са показани на фигура 4.6

Фиг. 4.6. Графики на измерените и изчислените стойности на напрегнатостта на полето в точката на приемане на крайбрежно радиотрасе и техните апроксимирани функции.
На фигура 4.7 са показани графики на апроксимираната функция на измерените стойности на напрегнатостта на полето в точката на приемане на крайбрежно радиотрасе и остатъците от апроксимацията. Фунцията на фигура 4.7 е същата като тази от фигура 4.6, на в по-голям мащаб. Това се налага за определяне на точките на остатъците на апроксимация при нейното изследване.

Фиг.4.7. Графика на апроксимираната функция (горе) и остатъците от апроксимацията (долу).
Получената по-горе аналитична функция е необходимо да се изследва за адекватност, тъй като е възможно измерените стойности да се апроксимират и с други видове функции. Това налага да се търси най-добрият математичен модел. В статистиката под най-добър модел се разбира, този за който за зададения клас базисни функции съдържа минимално число коефициенти и осигурява достатъчна точност на приближение на експерименталните данни. Намирането на такъв модел се осъществява по метода проба и грешка [39], чрез подбор на подходяща регресионна зависимост. В компютърната система MATLAB има възможност да се избират и проверяват математически модели от специално пакет приложение. В него са въведени 11 вида основни функции, с по няколко разширения. Критерий за най-точна апроксимация е коефициента на детерминация R-square (ер квадрат- ). Той показва каква част от общото разсейване на измерените стойности се отнася към средната стойност на избрания математичен модел. Този числов показател е удобен за характеризиране на точностните свойства на модела, ако той е избран правилно този коефициент трябва да клони към 1. Когато R-square е равен на единица кривата на графиката преминава през всички експериментални точки, което предполага, че уравнението на функцията ще има коефициенти колкото са на брой стойностите на извадката. Тогава за добър модел се приема този, който има възможно най-малко коефициенти и R-square клони, но не достига до единица. В същото време малкото значение на R-square винаги свидетелства за ниска точност на уравнението съответно на модела. Долната граница на коефициента може да се определи от условието: грешката от модела да бъде 2 пъти по-малка от грешката определена от средното значение на експерименталните данни. Очевидно е, че модел който има такава точност не е пригоден и той се отхвърля. Конкретно за това условие е формулирано равенството [39]:

(4.20)

За това съпоставянето на изчисленият коефициент на детерминация с минимално необходимия е процедура, която позволява да се получи представа за практическата стойност на намереното уравнение.

(4.21)

Другата страна на процедурата по проверка на модела включва физическата страна на процесите в комуникационния радиоканал, например интервала в който може да се използва, минималните и максималните стойности които могат да се получат практически и така нататък.

От направените проверки с всички налични апроксимиращи функции в MATLAB подходящи по критерия R-square са: полиномиални, степенни и експоненциални функции. За изследваното крайбрежно радиотрасе резултата от проверката на остатъчните грешки е показан в таблица 4.7. тя съдържа стойността на грешката и нейният знак за всяка точка.


Табл.4.7: Стойности на остатъчната грешка

Точка

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Грешка

1.51

1,23

-1,55

-5,36

-4,38

-1,11

5,63

-3,31

10,86

В сравнение с другите проверени функции е приет този модел т.к. R-square има най-голяма стойност Р = 0,78 и сумата от квадратите на грешките е най-малка SSE=216,7.

Допълнителна проверка на адекватността на модела е извършена с остатъка от апроксимацията за проверка на точността. Сравнена е максималната грешка с допустимата грешка в доверителния интервал.

Максималната грешка получена в точка 9, табл. 4.7, е 10,86. Доверителният интервал за математическото очакване определен в § 3.8 на глава 3, е (8,5÷12,89) , като се отчете и техническата грешка от измерването, може да се счита, че точността на избрания математичен модел е приемлива.

Направените изводи от експерименталните измервания в глава 3 и аналитичните изследвания в глава 4 показват, че условията на разпространение на УКВ над морска повърхност в крайбрежната зона се различават от тези при разпространение над общоприетите повърхности. Този факт показва, че съществуващите модели на разпространение на УКВ не са подходящи за изследвания случай, при който радиотрасето е от такъв вид. Причина за това е специфичният характер на крайбрежието.

При изследване на разпространението на УКВ в крайбрежната зона се установи, че радиоканалът на системата за ЦИП има релеевско разпределение(Хипотеза Y-3). Това показва, че в точката на приемане пристигат отразени лъчи и няма пряк доминиращ над другите радиолъч.

При изследване на минималните стойности, получени от двете радиотрасета (Хипотеза Y-4), се установи, че те са разпределени по логаритмично-нормален закон. Причина за това са случайните засенчвания, които се проявяват в места с еднаква отдалеченост от предавателя, но имат различни високи прегради по пътя на разпространение на радиовълните.

При анализа на експерименталните данни от морското радиотрасе се установи (Хипотеза Y-1), че те не са разпределени по случаен закон. Причина за това е наличието на пряка видимост между антените на корабната станция и приемната станция и е налице пряк доминиращ радиолъч.

Изследването на всички експериментални данни (Хипотеза Y-1), не потвърди, че те са разпределени по случаен закон. В резултат на това както математическото очакване, така и дисперсията на стойностите на напрегнатостта на полето имат най-големи стойности в сравнение с данните от останалите извадки.

В следствие на многолъчевото разпространение на сигнала в Морския крайбрежен мобилен канал се получава времева дисперсия (разсейване), изразена в разтягане на сигнала във времето. Практически тя се проявява във времевата и честотната области. Във времевата област се получава разширение на сигнала вследствие на закъснение, а в честотната област се характеризира с кохерентна ширина на лентата.

В разглеждания Морски крайбрежен мобилен канал доплеровото разширение на сигнала може да не се отчита тъй като максималната скорост на плавателните съдове е 20÷25 възла (морски мили в час) т.е. около 50 km/h, тогава за системата за ЦИП доплеровото изменение на честотата е 6÷7 Hz, а проблеми могат да възникнат когато промяната на носещата на сигнала е над 50 Hz.

За оценяване на този вид радиоканал могат да се приложат закони за разпределение на случайни величини с техните параметри и допълнителни параметри като: вероятност за възникване на отделни амплитуди, средна стойност на допълнителното закъснение, средноквадратично отклонение на закъснението и максимална стойност на допълнителното закъснение. Освен тези параметри, в честотната област този радиоканал се характеризира и с кохерентна ширина на лентата.

Засега в изследването е установен първият параметър.

Получените резултати налагат да се търси нов подход при решаване на поставената задача за намиране на възможности за повишаване на шумоустойчивостта на системата за Цифрово избирателно повикване. Основа на концепцията за този подход е фактът, че при крайбрежното радиотрасе комуникационният канал е с релеевско разпределение на напрегнатостта на полето. Както се вижда, това се изразява в намаляване на нивото на сигнала, което от своя страна довежда до намаляване на съотношението сигнал-шум и, респективно, увеличаване на вероятността за грешка. Практическата страна на този въпрос се състои в увеличаване на дистанцията на свръзка. Тогава задачата се свежда до избор и прилагане на подходящи способи за намаляване на вероятността за грешка.

Възможностите за повишаване на шумоустойчивостта на системата за ЦИП могат да бъдат да бъдат реализирани с прилагане на следните конкрети методи, адекватни за изследвания радиоканал:

- временно разнесено приемане, чрез предаване на сигнала в различни временни интервали, като се отчита периодът на клатене на кораба.

- пространствено разнесено приемане, посредством множество приемни антени, разнесени на разстояние една от друга. Този метод е приложим на бреговите радиостанции, тъй като те са неподвижни и имат условия за създаване на антенни полета.

- кодиране с корекция на грешките.


Изводи по глава 4:
1. Определените стойности на атмосферната рефракция за района на българското черноморско крайбрежие се различават съществено от използваните за изчисляване при нормална рефракция. Практическата разлика за изследваните радиотрасета е около 10 километра (табл. 4.1).

2. Височината на морските вълни е свързана с разстоянието на пряка видимост. Това предизвиква скъсяване на дистанцията на връзка и дори временно засенчване на радиотрасето (табл. 4.2).

3. Изследването на УКВ антените показва, че антените с по-широка диаграма на насочено действие във вертикалната равнина, каквито са полувълновите симетрични вибратори, са подходящи за плавателни съдове.

4. При корелационният анализ на резултатите получени от натурния експеримент и теоретично получените резултати от двата вида радио трасета се установи, че избраният аналитичен модел е подходящ за морски радиотрасета и неподходящ за крайбрежни радиотрасета.

5. На базата на получените от експеримента данни за стойността на напрегнатостта на електромагнитното поле е предложен математически модел на крайбрежно радиотрасе.

6. С регресионен анализ получената аналитична функция е изследвана за адекватност. За критерий е използван коефициент на детерминация – R-квадрат.

7. За определяне на точността на адекватност на модела е извършена проверка с остатъка от апроксимацията.

8. На базата на извършения анализ е предложен нов вид радиоканал–Морски крайбрежен мобилен канал.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В резултат на цялостната разработка могат да се направят следните изводи:

1. Сравнителният анализ на детерминираните и емпиричните модели показва, че детерминираните модели отразяват по-точно процесите на разпространение на УКВ в крайбрежните райони и дават възможност да се отчита конкретната атмосферна рефракция, видът на използваните антени и клатенето на кораба.

2. Изследвана е зависимостта на атмосферната рефракция за сезоните зима и лято. Точното и́ определяне оказва пряко влияние на точността на определяне на зоната на пряка видимост.

3. Определена е зависимост между наклона на корабната антена и диаграмата и́ на насоченост за полувълнов вибратор (2.21) и за вълнов вибратор (2.23).

На тази основа са направени изводи за мястото на приложение на този вид антени.

При необходимост от изследване на други видове антени е достатъчно да се изменят съответните параметри.

4. Синтезиран е математически модел на въздействието на вълнението на морската повърхност върху пространственото положение на корабната УКВ антена (2.25). Направените изводи са резултат от решението на първата задача на изследването.

5. Извършеният статистически анализ на данните получени по време на проведения експеримент показа, че стойностите на напрегнатостта на електромагнитното поле в точката на приемане за крайбрежно радиотрасе са разпределени по закон на Релей. Това дава основание за наличието на многолъчево разпространение на сигнала. Анализът на експерименталните данни от минималните стойности на напрегнатостта на електромагнитното поле в точката на приемане показва, че те са разпределени по логаритмично-нормален закон. Този факт свидетелства за съществуване на засенчване на радиотрасето.

Намерените статистически зависимости, при решаването на втора и трета задача на изследването, позволяват да се определи видът на радиоканала и да се отчетат отчетат факторите от които зависи вероятността за грешка, тъй като прилагането на контретни методи за повишаване на шумоустойчивостта на системата за ЦИП изисква точно познаване на свойствата на използвания радиоканал.

6. Намерени са аналитичните функции на разпределение на плътността на вероятностите за съответните хипотези и са проверени за адекватност по критерия „Хи-квадрат”. Определени са доверителните интервали на математическото средно и дисперсията.

7. За решаването на четвърта задача е използван корелационен и регресионен анализ. Извършено е оценяване на степента на съответствие между теоретично и експериментално получените зависимости. Анализът показва, че изчислените стойности на напрегнатостта на полето за морско радиотрасе, с използвания аналитичен модел, съответстват на измерените стойности на същото радиотрасе. Изчислените стойности за крайбрежно радиотрасе, обаче не съответстват с измерените. Причина за това е наличието на друг вид радиоканал, параметрите на който имат случаен характер. Това е причина да се прилагат статистически модели за анализ на разпространението на УКВ в крайбрежните райони.

8. На основание на направените по-горе изводи за определяне на зависимостта на напрегнатостта на полето в точката на приемане от разстоянието, за крайбрежно радиотрасе, е синтезиран математически модел (4.18), като са апроксимирани измерените стойности.


В заключение могат да се формулират приносите на дисертационния труд. Според автора те се състоят в следното:

1.Разработен е математичен модел и е намерен аналитичен израз (2.25) на въздействието на вълнението на морската повърхност върху пространственото положение на корабната УКВ антена.

2.Предложен е способ за корекция на напрегнатостта на електромагнитното поле в точката на приемане в зависимост от наклона на корабната предавателна УКВ антена (2.21), (2.23).

3.Чрез статистически анализ на данни от натурен експеримент е изследван морски крайбрежен мобилен канал и са определени неговите параметри.

4.На базата на експерименталните данни е разработен аналитичен израз на зависимостта на напрегнатостта на полето от разстоянието на връзка (4.18). С помощта на регресионен анализ е проверен за адекватност.

5. Предложени са метод за оценяване на морски крайбрежни УКВ радиоканали и методика за неговото прилагане.



6. Предложени са възможности за повишаване на шумоустойчивостта на системата за ЦИП използвана в Световната система за бедствие и безопасност.

Списък на публикациите по дисертационния труд:
1. Грозев Г., Цанев Ц. Един модел на УКВ-ЦИП радиоканал. Морски научен форум. Том 3, Електроника. Електротехника и автоматика. Информатика, ВВМУ “Н. Й. Вапцаров”, Варна, 2008.
2. Грозев Г., Състояние и перспективи за развитие на морските УКВ ЦИП радиостанции. Сборник научни трудове, Том 2, Технологии и проблеми на системите за сигурност и отбрана, Шуменски университет“Eпископ Константин Преславски”, Шумен, 2009.
3. Грозев Г., Цанев Ц. Модифициран аналитичен модел на разпространение на УКВ над морска повърхност. Сборник научни трудове, Том 2, Технологии и проблеми на системите за сигурност и отбрана, Шуменски университет “Eпископ Константин Преславски”, Шумен, 2009.
4. Грозев Г., Анализ на емпиричните модели на разпространението на радиовълните и тяхното приложение в морските УКВ радиокомуникации. Морски научен форум. Том 4, Електроника. Електротехника и автоматика. Информатика. Математика. ВВМУ “Н. Й. Вапцаров”, Варна, 2011.
5. Грозев Г., Цанев Ц. Въздействие на морското вълнение върху пространственото положение на корабна УКВ антена. Морски научен форум. Електроника. Електротехника и автоматика. Информатика. Математика. Том 4, ВВМУ “Н. Й. Вапцаров”, Варна, 2011.
6. Грозев Г., Цанев Ц. Анализ на параметрите на УКВ радиотрасе над морска повърхност за целите на системата за Цифрово избирателно повикване. Морски научен форум. Том 4, Електроника. Електротехника и автоматика. Информатика. Математика. ВВМУ “Н. Й. Вапцаров”, Варна, 2011.





Каталог: konkursi-proceduri
konkursi-proceduri -> Ввму „никола йонков вапцаров” факултет „навигационен”
konkursi-proceduri -> Резюмета на трудовете на гл асистент д-р инж. Георги Кънчев Люцканов
konkursi-proceduri -> Резюмета на трудовете и приносите в публикации на д-р инж. Емил Стефанов Барудов
konkursi-proceduri -> Конкурс за „професор" по професионално направление "Администрация и управление", научна специалност " Икономика и управление"
konkursi-proceduri -> Ввму „никола йонков вапцаров” факултет „инженерен”
konkursi-proceduri -> Р е з ю м е т а н а н а у ч н и т е п у б л и к а ц и и на д-р Камелия Вунова – Нарлева
konkursi-proceduri -> На дисертационния труд
konkursi-proceduri -> Програма за оптимизация при избор и оценка на кинематиката на кораби, движещи се на догонващи се курсове
konkursi-proceduri -> Програма за оптимизация при избор и оценка на кинематиката на кораби, движещи се на догонващи се курсове


Сподели с приятели:
1   2   3




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница