• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Оптимальна нелінійна фільтрація стохастичних процесів у радарі для рятувальників

Ситнік, ОВ
Organization: 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна

E-mail: ssvp127@gmail.com

https://doi.org/10.15407/rej2021.03.018
Мова: english
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Використанню оптичних датчиків для виявлення і рятування людей, які постраждали під час природних та техногенних катастроф, часто заважають оптично непрозорі перешкоди – дим, туман, сніг, завали цегляних та бетонних уламків. Електромагнітні хвилі дециметрового діапазону добре проникають крізь ці перешкоди, відбиваються від тіла постраждалої людини і повертаються до приймача радара. Завдяки процесам дихання та серцебиття фаза відбитого зондувального сигналу отримує доплерівську модуляцію, яка є інформаційним сигналом. Предметом дослідження є інформаційні сигнали та їх властивості. Мета роботи – створення оптимальних методів і алгоритмів оброблення випадкових процесів задля оперативного виявлення та ідентифікації постраждалих людей при рятувальних операціях.

Метод і методологія роботи. Методом стохастичного аналізу флуктуаційних доплерівських спектрів відбитих зондувальних сигналів встановлено, що інформаційні сигнали мають властивості умовних марковських процесів.

Результати роботи. Досліджено проблему оптимальної нелінійної фільтрації умовних марковських процесів у радарі для рятувальників. Для зменшення маскуючого ефекту завад, спричинених нестаціонарними шумами та відбиттями зондувального сигналу від нерухомих об’єктів, запропоновано оптимальний адаптивний фільтр. Як критерій оптимальності використано функцію мінімальної середньої квадратичної помилки, поточне значення якої обчислюється в режимі реального часу у міру накопичення статистики. Коефіцієнти фільтрів обчислюються за рекурентним алгоритмом найскорішого спуску.

Висновок. На реальних радіолокаційних сигналах було показано, що оптимальна фільтрація під час обробки сигналів у системах, призначених для виявлення живих людей за їх диханням та сигналами серцевого ритму, полегшує інтерпретацію спостережуваних сигналів.

Ключові слова: алгоритм, доплерівський зсув, зондувальні сигнали, критерій середньої квадратичної помилки, оптимальний фільтр, радар, спектральна функція, стохастичний процес, умовні марковські процеси, цифрове оброблення сигналів, частота дискретизації, шум

Стаття надійшла до редакції 09.06.2021
УДК 621.396
Radiofiz. elektron. 2021, 26(3): 18-23
Повний текст (PDF)

References: 
  1. Jun, Pan, Shengbo, Ye, Cheng, Shi, Kun, Yan, Xin, Liu, Zhikang, Ni, Guangyao, Yang, Guangyou, Fang, 2021. 3D imaging of moving targets for ultra-wideband MIMO through-wall radar system. IET Radar Sonar Navig., 15(3), pp. 261–273. DOI: 10.1049/rsn2.12035.
  2. Sytnik, O.V., Vyzmitinov, I.A., 2020. Probabilistic Measure for Description of Marks of Alive Human in Signals of Radar for Rescuer. Telecommunications and Radio Engineering, 79(10), pp. 847–853.
  3. Chen, Jie, Fang, Guang-you, Li, Fang, 2008. The Application of Time Domain Beamforming to Ultra-wideband Through-wall Imaging Radar. J. Electron. Inform. Technol., 30(6), pp. 1341–1344.
  4. Sytnik, O.V., Pochanin, G.P, Masalov, S.A, Ruban, V.P, Kholod, P.F., 2018. A Technique for Measuring Coordinates of Movable Objects by Video Pulse Radars. Telecommunications and Radio Engineering, 77(15), pp. 1331–1343.
  5. Ivashov, S.I., Sablin, V.N., Vasilyev, I.A., 1999. Wide-Span Systems of Mine Detection. IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag., 14(5), pp. 6–8.
  6. Sytnik, O.V., 2020. Jitter Problem in Pseudo Random Signal Processing, Telecommunications and Radio Engineering, 79(5), pp. 425–432.
  7. Sytnik, O.V., 2015. Adaptive Radar Techniques for Human Breathing Detection J. Mechatron., 3(4), pp. 1–6.
  8. Sytnik, O.V., 2014. Quasi-Optimal Receiver with Non-Coherent Discriminators for Rescuer Radar. J. Commun. Eng. Networks, 2(2), pp. 55–62.
  9. Frank, U.A., Kratzer, D.L., Sullivan, J.L., 1967. The Twopound Radar. RCA Eng., 13(2), p. 52–54.
  10. Chen, Kun-Mu, Huang, Yong, Zhang, Jianping, Norman, Adam, 2000. Microwave life-detection systems for searching human subjects under earthquake rubble or behind barrier, IEEE Trans. Biomed. Eng., 47(1), pp. 105–114.
  11. Stratonovich, R.L., 1960. Conditional Markov Processes. Theory Probab. Appl., 5(2), pp. 156–178.
  12. Abramowitz, M. and Stegun, I.A., 1965. Handbook of Mathematical Functions, National Bureau of Standards. Dover Publications, N.Y., 322 p.
  13. Korn, G.A., Korn, T.M., 1969. Mathematical Handbook for Scientists and Engineers. McGraw–Hall Book Company, N.Y., San Francisco, Toronto, London, Sydney, 1097 p.