Luận án tiến sĩ nghiên cứu bài toán phát hiện của hệ thống radar nhiều vị trí trong trường hợp quyết định sơ bộ đưa ra từ các đài thành phần không độc lập thống kê

Luận án tiến sĩ toán học nghiên cứu nghiên cứu bài toán phát hiện của hệ thống radar nhiều vị trí trong trường hợp quyết định sơ bộ đưa, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Nguyễn Đức Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Cường
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ra đa dẫn đường
• Đề tài: Nghiên cứu bài toán phát hiện của hệ thống radar nhiều vị trí với quyết định sơ bộ không độc lập
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN PHÁT HIỆN TRONG MẠNG RADAR NHIỀU VỊ TRÍ XỬ LÝ PHÂN TÁN
• 1.1. Phân loại hệ thống radar
• 1.2. Hệ thống các đài radar độc lập
• 1.3. Hệ thống radar nhiều vị trí
• 1.4. Mạng radar nhiều vị trí xử lý tập trung
• 1.5. Mạng radar nhiều vị trí xử lý phân tán
• 1.5.1. Mô hình mạng radar phân tán dạng song song
• 1.5.2. Mô hình mạng radar phân tán dạng nối tiếp
• 1.5.3. Mô hình mạng radar phân tán dạng cây
• 1.5.4. Xu hướng nghiên cứu bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT
• 1.6. Bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định sơ bộ đưa về từ các đài radar thành phần độc lập thống kê
• 1.6.1. Tổng quan về bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT
• 1.6.2. Các bước giải bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT
• 1.6.3. Tổng hợp một số kết quả của bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định sơ bộ đưa về từ các đài radar thành phần độc lập thống kê
• 1.7. Bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định sơ bộ đưa về từ các đài radar thành phần không độc lập thống kê
• 1.7.1. Phương pháp giải trực tiếp
• 1.7.2. Phương pháp giải gián tiếp
• 1.7.3. Tổng hợp một số kết quả của bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định sơ bộ đưa về từ các đài radar thành phần không độc lập thống kê
• 1.8. Phân tích và đưa ra lựa chọn nội dung của Luận án
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN PHÁT HIỆN CHO MẠNG RADAR NVTXLPT KHI CÁC ĐÀI RADAR THÀNH PHẦN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TƯƠNG QUAN PHÂN BỐ STUDENT-T, LOGNORMAL VÀ LAPLACE
• 2.1. Mô hình toán học của bài toán
• 2.2. Các bước giải bài toán tổng quát
• 2.2.1. Khi FC sử dụng quy luật hợp nhất AND
• 2.2.2. Khi FC sử dụng quy luật hợp nhất OR
• 2.2.3. Khi FC sử dụng quy luật hợp nhất K/N
• 2.3. Xây dựng phương pháp giải bài toán phát hiện cho mạng radar NVTXLPT khi nhiễu tương quan có phân bố thống kê Student-t
• 2.3.1. Phân bố thống kê Student-t nhiều chiều
• 2.3.2. Ước lượng hàm phân bố xác suất bằng cách phân tách biến SOV
• 2.3.3. Ước lượng hàm mật độ xác suất bằng cách sử dụng hàm mũ xoắn
• 2.3.4. Đánh giá phương pháp giải
• 2.4. Xây dựng phương pháp giải bài toán phát hiện cho mạng radar NVTXLPT khi nhiễu tương quan có phân bố LogNormal
• 2.4.1. Phân bố thống kê LogNormal nhiều chiều
• 2.4.2. Mô men sinh của phân bố LogNormal nhiều chiều
• 2.4.3. Mô tả phân bố LogNormal thông qua phân bố chuẩn nhiều chiều
• 2.4.4. Đánh giá phương pháp giải
• 2.5. Xây dựng phương pháp giải bài toán phát hiện cho mạng radar NVTXLPT khi nhiễu tương quan có phân bố thống kê Laplace
• 2.5.1. Phân bố Laplace nhiều chiều
• 2.5.2. Mô tả phân bố Laplace thông qua phân bố Chuẩn nhiều chiều
• 2.5.3. Đánh giá phương pháp giải
• 2.6. Một số nhận xét chung
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI BÀI TOÁN PHÁT HIỆN, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHÁT HIỆN CỦA MẠNG RADAR NVTXLPT KHI CÁC ĐÀI RADAR THÀNH PHẦN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU TƯƠNG QUAN PHÂN BỐ STUDENT-T, LOGNORMAL VÀ LAPLACE
• 3.1. Giải bài toán phát hiện, đánh giá chỉ tiêu chất lượng phát hiện của mạng radar NVTXLPT khi các đài radar thành phần chịu ảnh hưởng của nhiễu tương quan phân bố Student-t
• 3.1.1. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất AND
• 3.1.2. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất OR
• 3.1.3. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất K/N
• 3.2. Giải bài toán phát hiện, đánh giá chỉ tiêu chất lượng phát hiện của mạng radar NVTXLPT khi các đài radar thành phần chịu ảnh hưởng của nhiễu tương quan phân bố LogNormal
• 3.2.1. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất AND
• 3.2.2. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất OR
• 3.2.3. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất K/N
• 3.3. Giải bài toán phát hiện, đánh giá chỉ tiêu chất lượng phát hiện của mạng radar NVTXLPT khi các đài radar thành phần chịu ảnh hưởng của nhiễu tương quan phân bố Laplace
• 3.3.1. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất AND
• 3.3.2. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất OR
• 3.3.3. Trường hợp FC sử dụng quy luật hợp nhất K/N
• 3.4. Một số nhận xét chung và các khuyến nghị
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• LỜI NÓI ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phát hiện radar nhiều vị trí

Nghiên cứu phát hiện radar nhiều vị trí là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ quân sự hiện đại. Hệ thống radar này cho phép phát hiện và theo dõi mục tiêu từ nhiều vị trí khác nhau, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc giám sát không gian. Việc áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực radar đã mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển, đặc biệt là trong bối cảnh các mối đe dọa từ không gian ngày càng gia tăng.

1.1. Định nghĩa và vai trò của hệ thống radar

Hệ thống radar là thiết bị sử dụng sóng điện từ để phát hiện và theo dõi các mục tiêu. Vai trò của radar trong quân sự là không thể thiếu, đặc biệt trong việc phát hiện sớm các mối đe dọa từ không trung.

1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ radar

Công nghệ radar đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm 1930. Sự tiến bộ trong công nghệ đã giúp radar trở thành một công cụ quan trọng trong các hoạt động quân sự và dân sự.

II. Thách thức trong nghiên cứu phát hiện radar không độc lập

Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu phát hiện radar nhiều vị trí là việc xử lý thông tin từ các đài radar thành phần không độc lập. Điều này có thể dẫn đến sai số trong việc phát hiện và theo dõi mục tiêu. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của radar là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của hệ thống.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của radar

Độ chính xác của radar phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiễu, độ nhạy của thiết bị và khả năng xử lý tín hiệu. Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình nghiên cứu.

2.2. Vấn đề quyết định sơ bộ không độc lập

Quyết định sơ bộ không độc lập giữa các đài radar có thể dẫn đến việc phát hiện sai mục tiêu. Nghiên cứu cần tìm ra các phương pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của vấn đề này.

III. Phương pháp nghiên cứu bài toán phát hiện radar

Để giải quyết bài toán phát hiện radar nhiều vị trí, các phương pháp nghiên cứu hiện đại được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng lý thuyết thống kê, xử lý tín hiệu và các mô hình toán học phức tạp. Việc áp dụng các phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc phát hiện mục tiêu.

3.1. Phương pháp giải trực tiếp

Phương pháp giải trực tiếp sử dụng các công thức toán học để tính toán xác suất phát hiện. Phương pháp này giúp đưa ra kết quả nhanh chóng và chính xác.

3.2. Phương pháp giải gián tiếp

Phương pháp giải gián tiếp thường sử dụng các mô hình thống kê để ước lượng xác suất phát hiện. Phương pháp này có thể áp dụng cho các tình huống phức tạp hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu radar

Nghiên cứu phát hiện radar nhiều vị trí không chỉ có ý nghĩa trong quân sự mà còn trong các lĩnh vực khác như an ninh, giao thông và môi trường. Các ứng dụng này giúp nâng cao khả năng giám sát và bảo vệ không gian, đồng thời cải thiện hiệu quả trong việc quản lý tài nguyên.

4.1. Ứng dụng trong quân sự

Trong quân sự, radar được sử dụng để phát hiện và theo dõi các mục tiêu từ xa, giúp nâng cao khả năng phòng thủ và tấn công.

4.2. Ứng dụng trong an ninh

Radar cũng được áp dụng trong các hệ thống an ninh để giám sát các khu vực nhạy cảm, giúp phát hiện kịp thời các mối đe dọa.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu radar

Nghiên cứu phát hiện radar nhiều vị trí với quyết định sơ bộ không độc lập đang mở ra nhiều cơ hội mới cho các nhà nghiên cứu. Việc cải thiện các phương pháp phát hiện và xử lý thông tin sẽ giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống radar trong tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới và cải tiến các mô hình hiện có.

5.1. Tương lai của công nghệ radar

Công nghệ radar sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy, giúp nâng cao khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong bài toán phát hiện radar, đặc biệt là trong bối cảnh các mối đe dọa ngày càng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 đề cập đến các vấn đề sau: - Tổng quan về các hệ thống radar đặc biệt là mạng radar NVTXLPT, một số đặc điểm và những ưu nhược điểm của chúng trong khía cạnh bài toán phát hiện và ước lượng tín hiệu mục tiêu. - Khái quát những hướng nghiên cứu và các kết quả đã công bố về mạng radar NVTPT. - Phân tích các hướng nghiên cứu và những kết quả đã có, tìm ra những vấn đề còn tồn tại trong khía cạnh bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định từ các đài radar thành phần không độc lập thống kê, đặc biệt là trường hợp các đài radar thành phần trong mạng radar NVTXLPT chịu ảnh hưởng của nhiễu tương quan. Từ đó xác định hướng nghiên cứu của Luận án: giải bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT khi quyết định từ các đài radar thành phần không độc lập thống kê do chịu ảnh hưởng của nhiễu tương quan với các mô hình thống kê khác nhau.1 Phân loại hệ thống radar Có nhiều cách phân loại và định nghĩa về hệ thống radar nhưng nhìn chung chúng có thể được chia thành hai loại như sau [1], [5], [6], [7].

: - Hệ thống các đài radar độc lập - Hệ thống các đài radar nhiều vị trí 1.1 Hệ thống các đài radar độc lập Hệ thống các đài radar độc lập bao gồm các đài radar làm việc một cách độc lập, từng đài radar thực hiện việc phát hiện và bám quỹ đạo mục tiêu sau đó truyền về trung tâm xử lý. Ở trung tâm xử lý sẽ thực hiện việc hợp nhất quỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 15 đạo và hiển thị toàn cảnh tình huống trên không trong vùng quan sát của hệ thống.2 Hệ thống radar nhiều vị trí Hệ thống radar nhiều vị trí là hệ thống bao gồm nhiều vị trí thu, phát hoặc các vị trí thu phát phân bố trong không gian mà ở đó tín hiệu nhận được về mục tiêu được xử lý đồng thời. Hệ thống radar nhiều vị trí được phân biệt bởi hai dấu hiệu cơ bản là: có một số vị trí bố trí phân bố trong không gian và tín hiệu thu được từ mục tiêu được xử lý đồng thời ở trung tâm xử lý. Radar nhiều vị trí cũng có nhiều cách phân loại khác nhau.

Xét về đặc tính của mục tiêu cần quan sát, chia thành radar nhiều vị trí dạng chủ động, thụ động và radar nhiều vị trí dạng kết hợp chủ động và thụ động. - Radar nhiều vị trí chủ động phát hiện các mục tiêu không phát xạ. Hệ thống có thể bao gồm một vị trí phát và nhiều vị trí thu hoặc nhiều vị trí phát nhiều vị trí thu. Tất cả các tín hiệu thu được ở các vị trí thu được đưa về trung tâm xử lý đồng thời.

- Radar nhiều vị trí thụ động phát hiện các mục tiêu phát xạ và chỉ có các vị trí thu. - Radar nhiều vị trí kết hợp chủ động –thụ động là sự kết hợp của hai dạng radar chủ động và thụ động. Xét trên khía cạnh xử lý tín hiệu thì mạng radar nhiều vị trí được chia thành hai loại: - Mạng radar nhiều vị trí xử lý tập trung. - Mạng radar nhiều vị trí xử lý phân tán.2 Mạng radar nhiều vị trí xử lý tập trung Đây là mạng radar trong đó các đài radar thành phần chuyển toàn bộ tín hiệu thu được về trung tâm xử lý.

Trên cơ sở xử lý các kết quả thu được từ các đài radar thành phần trung tâm xử lý sẽ đưa ra quyết định về kết quả phát hiện. Ưu LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 16 điểm của hệ thống radar nhiều vị trí xử lý tập trung được thể hiện ở khả năng tạo vùng quan sát có hình dạng theo yêu cầu, nâng cao độ chính xác đo tọa độ mục tiêu trong không gian, nâng cao khối lượng và chất lượng về thông tin mục tiêu, khả năng chống nhiễu, cơ hội sống còn và đặc biệt là khả năng phát hiện các mục tiêu có dấu vết radar nhỏ [1]. Thời gian gần đây việc giải bài toán phát hiện cũng như ước lượng các tham số của mục tiêu trong radar nhiều vị trí xử lý tập trung nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Bài toán phát hiện cho radar nhiều vị trí dạng chủ động, thụ động với các mô hình tín hiệu và nhiễu khác nhau đã giải quyết được một số vấn đề cơ bản.

Tuy nhiên, đối với hệ thống radar nhiều vị trí xử lý tập trung việc thực hiện trên thực tế còn gặp nhiều khó khăn: có thể kể đến sự đồng bộ về không gian, thời gian giữa các đài cũng như dung lượng thông tin giữa các đài thành phần và trung tâm xử lý, nhất là khi khối lượng tính toán tại trung tâm xử lý là rất lớn. Chính vì lý do này khoảng mười năm gần đây các nhà khoa học trên thế giới trong lĩnh vực radar đã tập trung hướng nghiên cứu vào mạng radar NVTXLPT.3 Mạng radar nhiều vị trí xử lý phân tán Là mạng radar nhiều vị trí trong đó các đài radar thành phần đã thực hiện việc phát hiện sơ bộ và truyền các quyết định sơ bộ về trung tâm xử lý. Trung tâm xử lý căn cứ vào các quyết định sơ bộ đó và một quy luật hợp nhất để đưa ra quyết định cuối cùng. Mạng radar NVTXLPT có một đặc trưng cơ bản, khác với radar đơn đài cũng như mạng radar xử lý tập trung đó là: đối với mạng đơn đài thì các đài thành phần đã phát hiện mục tiêu, bám quỹ đạo và truyền thông tin quỹ đạo về trung tâm xử lý (đã thực hiện việc xử lý cấp 1, 2).

Đối với mạng radar xử lý tập trung thì các đài radar chỉ truyền tín hiệu về trung tâm xử lý (chưa xử lý cấp 1, 2), trung tâm sẽ thực hiện việc phát hiện, bám quỹ đạo mục tiêu. Còn ở mạng radar NVTXLPT thì các đài đã thực hiện việc phát hiện sơ bộ (đã xử lý cấp 1) và trung tâm xử lý sẽ căn cứ vào quyết định sơ bộ ở các đài LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 17 cũng như quy luật hợp nhất để đưa ra quyết định cuối cùng. Một cách tổng quát thì bài toán xử lý tín hiệu trong mạng radar NVTXLPT được chia ra làm hai miền: phát hiện mục tiêu và ước lượng tham số mục tiêu. Trong giới hạn của Luận án sẽ chỉ xem xét bài toán phát hiện của mạng radar NVTXLPT.

Bằng việc tổng hợp và phân tích những kết quả nghiên cứu về bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT đã được công bố trên thế giới, sau đây sẽ trình bày sơ bộ về một số mô hình được tập trung nghiên cứu nhiều và các kết quả đã có trong khoảng vài chục năm gần đây, đặc biệt từ những năm 1980 đến nay.1 Mô hình mạng radar phân tán dạng song song Mô hình mạng radar phân tán dạng song song có một trung tâm hợp nhất được cho trên Hình vẽ 1-1 Mạng radar NVTXLPT dạng song song.,(n  1), n cùng quan sát một mục tiêu H với các tín hiệu đầu vào là: y1, y2,…yn-1, yn. Các đài radar đơn lẻ này sẽ căn cứ vào các tín hiệu yi để đưa ra quyết định sơ bộ về sự có mặt hay không có mặt của mục tiêu tại điểm quan sát. i ng quan t y1 y2 yn1 yn i1 i2 i n-1 in u1 u2 un1 un Trung âm pn t U0 u t nh u i ng Hình vẽ 1-1 Mạng radar NVTXLPT dạng song song LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 18 Mô hình này là một mô hình rất phổ biến và được đề cập đến trong rất nhiều công bố: [9], [10], [15], [16], [17], [18], [19], [23], [34], [38], [37], [43] , [45], [46], [47], [62], [63], [71], [74], [82],…vv.2 Mô hình mạng radar phân tán dạng nối tiếp Mô hình mạng radar phân tán dạng nối tiếp được cho như ở Hình vẽ 1-2 Mạng radar NVTXLPT dạng nối tiếp. Đối tượng quan sát z1 z2 zn-1 zn Đài 1 Đài 2 Đài n-1 Đài n u1 u2 u n-1 Un Hình vẽ 1-2 Mạng radar NVTXLPT dạng nối tiếp Trong mô hình này, đài radar thứ nhất đưa ra quyết định về sự có mặt hay không có mặt của mục tiêu chỉ dựa vào hàm đầu vào Z1.

Nhưng bắt đầu từ đài thứ 2 đến đài thứ n thì quyết định đưa ra của chúng dựa trên hàm đầu vào của chính nó Z n cùng với quyết định của đài đứng liền trước nó Z n1. Đài cuối cùng trong mạng (đài thứ n) sẽ là đài đưa ra quyết định cuối cùng về sự có mặt hay không có mặt của mục tiêu tại điểm quan sát. Mô hình này cũng được nghiên cứu nhiều và có một số kết quả được công bố ở các tài liệu [19], [46], [58], [66],[67], [68],[81], [82],… 1.3 Mô hình mạng radar phân tán dạng cây Mô hình mạng radar phân tán dạng cây được mô tả như Hình vẽ 1-3. Mạng radar NVTXLPT dạng cây.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 19 z3 z4 z5 z6 Đài 3 z2 Đài 4 Đài 5 Đài 6 z1 u3 Đài 2 u4 u5 u6 z0 Đài 1 u2 Đài 0 u1 U0 Hình vẽ 1-3. Mạng radar NVTXLPT dạng cây Trên cơ sở 3 mạng radar NVTXLPT kể trên có nhiều mô hình biến thể khác cũng được nghiên cứu, tùy thuộc vào điều kiện biên của bài toán đặt ra. Ví dụ như mô hình hợp nhất song song nhiều mức theo sơ đồ như Hình vẽ 1-4 Mạng radar NVTXLPT hợp nhất nhiều mức. Thực tế thì những mô hình như vậy rất khó có thể được áp dụng vào radar trong thực tế và chúng ta không đề cập đến ở đây vì tính chất phức tạp của bài toán và độ khả thi không cao, do vậy cũng không có nhiều tác giả quan tâm đến mô hình này.1 H pn H pn ng quan i1 1.n Hình vẽ 1-4 Mạng radar NVTXLPT hợp nhất nhiều mức LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4 Xu hướng nghiên cứu bài toán phát hiện trong mạng radar NVTXLPT Trong vài chục năm trở lại đây trong lĩnh vực radar thì bài toán phát hiện của mạng radar NVTXLPT là vấn đề vẫn luôn được quan tâm.

Dựa trên các sưu tầm từ các công bố trên những tạp chí chuyên nghành có uy tín ta có thể thấy bài toán có những hướng nghiên cứu chính như sau: - Bài toán phát hiện cho mạng radar NVTXLPT với tín hiệu ngẫu nhiên trên nền tạp Gauss và không Gauss. Theo hướng nghiên cứu này đã có một số kết quả nhất định, năm 2008 tác giả V. Veeravalli trong [77] đã nghiên cứu và giải bài toán phát hiện cho trường hợp hai đài radar.