Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 15

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

=0

+

1

N-1

а

к—N/2 уш,к

N-1

а      к ,іХш

=0

С учетом выражения для уш к этот алгоритм можно переписать

п+N /2-1 і

= а 1

п+N/2-1

а

1

2

n+N/2-1 і

+ а1

г п

п+N /2-1

2/

а

-п

1

где п = т/2; s г =^х2/+;/ , йг =^~гух2/+/ - коэффициенты аппроксимации и детали­зации, получаемые при разложении входного сигнала {хт} •

Отметим что, значение ут вычисляется заново только при получении двух новых отсчетов последовательности {хт} , поэтому обозначим последовательность ут как уп

Обозначим иг 1

I |2

1

)

У/1 , тогда уп выражается так

N/2-1

/-0

Следовательно, выходную последовательность можно вычислить рекурентно

уп+1 = уп + un+N/2-1 -ип + Vn+N/2-1 -

Аналогичным образом можно показать возможность рекурентного вычисления вы­ходной последовательности для многоуровневого вейвлет-преобразования.

Определим, какие будут вычислительные выгоды и потери характеристиках обна­ружения предлагаемого алгоритма по сравнению с алгоритмом, использующим собст­венные вектора.

На рис. 1 приведены результаты расчетов вероятности правильного обнаружения цели, движущейся с различной скоростью для предлагаемого алгоритма обнаружения и алгоритма, использующего собственные вектора для случая, когда гауссовская помеха

2 2

описывается корреляционной матрицей      <зр ехр(-а(^- -  ) ) со среднеквадратиче-

ским отклонением флуктуаций скорости - 0.32 м/с; периоды повторения (мкс) - 1808, 2196, 2786; длина волны - 0.24 м; отношение сигнал-шум - 10дБ; отношение помеха-сигнал - 50дБ; вероятность ложной тревоги - 10-6.

2

2

2

2

2

2

2

СРРСН'2008

1-ч.1 - 99

Вероятность правильного обнаружения

і

G.9 G.8 G.7 G.6 G.5 G.4 G.3 G.2 G.I G

G 5G 100 150 2GG 25G 3GG

Скорость цели (км/ч)

Рис. 1

В данной работе предложен адаптивный алгоритм обнаружения точечных целей на фоне протяженных по дальности помех на основе вейвлет-преобразования. Использова­ние этого алгоритма позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты и уско­рить обработку сигнала. Получены характеристики обнаружения предлагаемого алго­ритма.

Показана возможность применения лифтинговой схемы в данном алгоритме. Опи­сана методика получения коэффициентов фильтров предсказания и обновления.

В заключение авторы благодарят профессора Соловьева А.А. за внимание к работе и ряд ценных предложений.

Литература

1. Леховицкий Д. И. Обобщенный алгоритм Левинсона и универсальные решетча­тые фильтры // Изв. вузов, Радиофизика. 1992. Т.35, №9-10. С. 790-808.

2. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование. — Успехи физических наук, Май 2001, Том 171, № 5, С 465-501.

3. Sweldens W., Schroder P. Building your own wavelets at home. 1995.

4. Родионов В.В. Адаптивный алгоритм обнаружения точечных целей на фоне про­тяженных по дальности помех //Прикладная радиоэлектроника. 2002. № 1. С.173-180.

5. Sweldens W.  The Lifting Scheme: A construction of second generation wavelets.

1995.

СРРСН'2008

І-ч.1 - 100

РЕЗЕРВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ СДЦ ИМПУЛЬСНЫХ РЛС С ПОПАЧЕЧНОЙ ВОБУЛЯЦИЕЙ ИНТЕРВАЛОВ ЗОНДИРОВАНИЯ

Д. И. Леховицкий, В. П. Рябуха, Г. А. Жуга, Харьковский национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина 14, НДЦ ИИРЭСТ Тел. (057) 702-11-38, е-mail: rvp@kture.kharkov.ua The distinctions of the optimal system of interperiod processing (IPP) of Gaussian coher­ent signals on the background of Gaussian clutters from the standard IPP system of the pulse 10 centimeter-band radar with the sounding intervals bundlewise wobbulation are considered. The potential reserves, expediency and promising directions of IPP systems of such radars perfection are estimated on this basis.

Введение. В практике радиолокации широко распространены когерентно-импульсные РЛС с попачечной вобуляцией интервалов зондирования (ПВ ИЗ). Сис­темы междупериодной обработки (МПО), реализующие нетраекторную СДЦ на фоне пассивных помех (ПП), в них, как правило, разрабатывались в период, когда важные ре­комендации теории было трудно реализовать на практике из - за ограниченных возмож­ностей элементной базы. К настоящему времени в связи с бурным развитием цифровой техники эти возможности существенно расширились. Поэтому важно оценить имеющие­ся резервы повышения эффективности систем МПО. В данной работе они оцениваются путем сравнения эффективности оптимальной и штатной обработки, под которой пони­мается система МПО РЛС 10 - сантиметрового диапазона с ПВ ИЗ [1].

1. Особенности штатной системы МПО сигналов на фоне ПП в РЛС с ПВ ИЗ. Передатчик РЛС с ПВ ИЗ [1] периодически излучает M = n m - мерные когерентные пакеты радиоимпульсов, составленные из n = 4 пачек по m импульсов в каждой со зна­чениями m = 8, 12 или 16 в зависимости от используемого режима зондирования. Интер­валы зондирования импульсов Ti в i - й (i е 1,4) пачке постоянны, но различны от пачки к пачке. В приемнике после внутрипериодной обработки (согласованной фильтрации одиночных радиоимпульсов пакета) и фазового детектирования формируются комплекс­ные амплитуды отраженных сигналов M смежных периодов зондирования (азимутов) из N элементов дальности, которые после преобразования в цифровую форму запоминаются в блоке памяти.

В нем в каждом k -м (k е 1, N) элементе дальности формируется M = n mмер­ный вектор (пакет)

u(k)= {u i {k)}n=1= y(k) + y s(k), у = 0,1 (1) комплексных амплитуд шума и пассивной помехи (ПП) y(k) или (при у = 1) их аддитив­ная смесь с полезным сигналом s(k), k е 1, N. Он состоит из n = 4 пачек mэлемент­ных   векторов   комплексных амплитуд

u i ={u 5 )}m=1.

Сформированный в блоке памяти комплексный массив входных данных обрабатывается штатной системой МПО (рис. 1). Междупериодная обработка в ней разделяется на когерентную внутри-пачечную и некогерентную бинарную междупачечную.

На этапе внутрипачечной МПО (рис. 1) каждый из n = 4 комплексных m х N - мерных входных массивов неза­висимо  обрабатывается  набором из m

u1

u 2

u 3

u 4

ДФ

Д

ДФ

Д

ДФ

Д

ДФ

Д

Внутрипачечная ____МПО___

СУЛТ Е

СУЛТ Е

СУЛТ Е

СУЛТ Е

БН

Л О Г И К А "2 из 4"

Междупачечная

____мпо____

Рис. 1. Штатная система МПО (ДФ - доплеровские фильтры, Д - детекторы, БН - бинарный накопитель)

T

1

СРРСН'2008

1-ч.1 - 101

"сглаженных" доплеровских фильтров (ДФ) с низким уровнем боковых лепестков, на­строенных на частоты, равномерно расположенные на интервале (0, ¥у), г е 1, 4 .

При этом когерентная внутрипачечная обработка сводится к весовому суммирова­нию (фильтрации)

(V, к) = г *(4и ,(к)^ и?)(к) (2)

элементов каждой пачки в фильтрах с импульсными характеристиками (ИХ), определяе­мыми весовыми векторами вида

ГМ= {г(^)} ™1= Б.хг(/V), / е1,4; 1,т. (3)

Здесь Б = ша_{ йе } - диагональная т х т матрица "сглаживания" А. Ф. Ку-кольницкого с элементами йе на главной диагонали, зависящими от размера т пачки,

хг (/)=ехр {(у 2*/^)} (4)

- т - мерный вектор отсчетов комплексной гармоники частотой / в моменты времени те = Тг • £, £ е 1, т. В (2) и далее звездочка (*) обозначает эрмитово сопряжение.

На рис. 2 сплошными кривыми показаны квадраты модулей кр(Г) (в дБ) частотных характеристик (ЧХ) "средних" (V = т / 2) штатных доплеровских фильтров пачек разме­ром т = 8 и т = 12. Для сравнения штриховыми линиями показаны значения кр(Г) для "несглаженных" ДФ с ИХ (4), т.е. для согласованных фильтров. Из сравнения сплошных

и штриховых кривых видно, что окна А. Ф. Кукольницкого существенно уменьшают уровень боковых лепестков ЧХ доплеровских фильтров, но одно­временно расширяют главный лепесток и уменьшают его максимальное значе­ние. За счет этого на выходах ДФ мощность ПП (например, от местных предметов), спектр которых сосредото­чен в зоне этих боковых лепестков, может быть существенно ниже, чем на выходах "несглаженных" фильтров. Поэтому для сигналов движущихся целей с доплеровскими частотами в окрестности мак­симумов ЧХ "сглаживание" дает выигрыш в энергетическом отношении сиг-нал/(помеха+шум) (ОСПШ). В штатной неадаптивной системе СДЦ "сглаживание" ИХ фильтров является необходимостью в условиях ПП. В зонах, свободных от ПП, "сглажи­вание" сопровождается потерями в отношении сигнал-шум (ОСШ) из-за расширения главного лепестка ЧХ ДФ и уменьшения его уровня.

В блоке междупачечной МПО (рис. 1) реализуется бинарное некогерентное меж­дупачечное накопление сигналов с последующим принятием решения об обнаружении (или необнаружении) цели по логике "К из п", в частности, "2 из 4".

2. Оптимальные системы МПО. Оптимальная линейная обработка М = п т - мерного когерентного пакета радиоимпульсов на фоне гауссовых ПП сводит­ся к весовому суммированию вида [2]:

^, к) = г»-и(*)=_^=1 г»ц (к), (5)

где

г^) = ¥ х^) (6)

- весовой вектор, определяющий М - мерную ИХ оптимального фильтра; ¥ = Ф 1 -М х М матрица, обратная корреляционной матрице (КМ) Ф междупериодных флуктуа-ций ПП на входе системы МПО;

СРРСН'2008

1-ч.1 - 102

С учетом (6) соотношение (5) можно представить в виде:

^(у, к) = х*(у).Т*. и(к) . (7) Предпороговая статистика обнаружения (достаточная статистика) с;у представляет собой модуль или квадрат модуля весовой суммы (7):

=|^(у5 к)2 = *(у)-Т*.и(к)2. (8)

На рис. 3 показана соответствующая (8) структура оптимального обнаружителя М - мерного когерентного пакета радиоимпульсов на фоне ПП при известной доплеров-ской частоте сигнала (фиксированном значении /у).

Он содержит последовательно соединенные оптимальный фильтр подавления ПП

с матричной импульсной характеристи-

ку г м

СФ

Н

И

Н

ПУ

Рис. 3. Структура оптимального обнаружителя

кой ¥ = Ф 1 и согласованный фильтр (СФ) когерентного накопления М им­пульсов пакета. Выходное напряжение СФ детектируется (Д) и сравниваются с порогом в пороговом устройстве ПУ (СУЛТ Е), после чего принимается решение о наличии или отсутствии цели в проверяе­мом импульсном объеме [2].

Таким образом, отличие оптимальной системы МПО от штатной заключается в ис­пользовании не разделяющейся на внутри - и междупачечную (совместной) обработки на основе оптимального фильтра подавления и согласованных ("несглаженных") допле-ровских фильтров когерентного междупериодного накопления пакета импульсов.

3. Сравнение эффективности штатной и оптимальной систем МПО. При расче­те характеристик обнаружения штатной системы МПО необходимо учитывать, что вы­ходные напряжения доплеровских фильтров в общем случае коррелированы. В "предель­ной" ситуации единичной корреляции выходных сигналов всех фильтров всех пачек для вероятности правильного обнаружения (ВПО) В может использоваться формула

Б = її

(9)

где р = тах рг (V)- максимальное по всем фильтрам значение ОСПШ. Аналогичная фор-

г, V

мула справедлива и для оптимальной МПО, но под р должно пониматься ОСПШ на выходе согласованного фильтра.

На рис. 4 приведены семейства характеристик обнаружения, рассчитанные по (9) (рис. 4, а, в) и полученные математическим моделированием (рис. 4, б, г). Параметром семейств служат значения относительной (по отношению к уровню собственного шума приемника) интенсивности ПП г| с гауссовой (рис. 4, а, б) или экспонециальной

(рис. 4, в, г) КМ с модулем коэффициента междупериодной корреляции, равным р1 = 0.99 . Пачка когерентного сигнала размера М = 4 • т = 48 описывается первой моде­лью Сверлинга, радиальная скорость цели равна V = 365 м/с (1336 км/ч). Штриховые кривые соответствуют оптимальной системе (рис. 3), сплошные кривые - штатной систе­ме МПО (рис. 1).

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа