Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 17

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 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

АСДЦ2

 

 

 

 

 

//}

 

 

 

 

 

 

Штатная СД]

Ц

 

У

т=12

К/2=5

к, дБ

15      20 25

Рис. 4. Характеристики обнаружения сигналов на фоне отражений от облаков (а) и местных предметов (б)

(ВПО) рассчитана как отношение числа сигналов, превысивших энергетический порог

для условной вероятности ложной тревоги (ВЛТ) ¥ = 10- , к их общему числу N. АРФ настроен по обучающей выборке ПП объема К /2 = 5 .

Из рис. 4 видно, что выигрыш адаптивной обработки в пороговом сигнале по сравнению со штатной неадаптивной обработкой ([4], рис. 1) в условиях облаков состав­ляет примерно 4 дБ, а в условиях местных предметов - примерно 3 дБ. Больший выиг­рыш в условиях облаков обусловлен ростом относительного уровня боковых лепестков и более широким главным лепестком ЧХ фильтров меньшего размера т в штатной системе СДЦ, лучшим отслеживанием формы спектра помехи в АСДЦ, а также большим интер­валом стационарности отражений от облаков, чем от местных предметов.

р

V

0

4

4

СРРСН'2008

1-ч.1 - 106

Значимость этих выигрышей наглядно иллюстрируют экспериментальные скорост­ные характеристики (СХ) сравниваемых систем СДЦ, приведенные на рис. 5 для ПП от облаков (а) и местных предметов (б).

1000

N

800

800   Уг 0 м/с 100С

800   V , м 1000

Рис. 5. Скоростные характеристики штатной СДЦ и АСДЦ2 в условиях отражений от облаков (а) и местных предметов (б)

По горизонтальной оси здесь отложена радиальная скорость (в м/с) целей с ОСШ к = 6 дБ (а) и к = 5 дБ (б) отраженного от них нефлуктуирующего сигнала. По вертикаль­ной оси отложено число целей N с соответствующей скоростью, обнаруженных при ис­пользовании только энергетического порога, выбранного для ВЛТ ¥ = 10-3. Число целей с каждой скоростью, равномерно расположенных в дальностно-азимутальной зоне ПП, в этом эксперименте равнялось 1091 (а) и 657 (б). Видно, что относительно невысокие вы­игрыши в пороговом сигнале соответствуют существенным выигрышам в числе обнару­живаемых целей.

3. Характеристики обнаружения при использовании энергетического и скоро­стного порогов. В РЛС с ПВ ИЗ [1] используется оригинальная последетекторная (неко­герентная) междупачечная обработка (рис. 6), дополнительно компенсирующая ПП от

источников, движущихся с малыми ради­альными скоростями, в том числе точечных по дальности (например, "ангелов"). Проде-тектированные выходные сигналы т доп-леровских фильтров каждой из п = 4 пачек пакета сравниваются с энергетическим (СУЛТ Е) и, через блок вычисления "кон­трастов" (БВК), со скоростным (СУЛТ V) порогами. Если сигнал хотя бы одного из доплеровских фильтров пачки преодолевает

3

і

БВК

О Д"

:улт е -с.

султ у=>

султ v =>

1

&

ь^>султ е =х.

&

и л и

Рис. 6. Схема междупачечной обработки

оба порога, считается, что в этой пачке обнаружена цель. Если таких пачек не менее двух

(критерий "2 из 4"), принимается решение о наличии цели и в пакете (в проверяемом импульсном объеме) в целом.

Однако при высоком уровне остатков ПП на вы­ходе доплеровских фильтров использование скоростно­го порога может ухудшать качество обнаружения высо­коскоростных целей. Так, на рис. 7 для штатной систе­мы СДЦ показаны экспериментальные характеристики обнаружения сигналов на фоне отражений от облаков. Из кривых обнаружения видно, что применение СУЛТ V приводит к снижению ВПО с величины В = 0.7 (СУЛТ Е) до величины В = 0.42 (СУЛТ ЕЛО (АВ = 0.28). С другой стороны, при В = 0.7 проигрыш в уровне порогового сигнала составляет 3.8 дБ.

Этот недостаток штатной СУЛТ V порожден ее спецификой как параметрической системы, свойства которой зависят от входных воздействий. При этом характеристики

1

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

0.2 0.1 0

 

</^Т'-

Штатная /

султ е /

/ 1

 

 

7 /

^ т

1 - 8

ГГ

 

1 і

 

 

г

0 /

/

ТТТтчтт-

ІП ГТ

 

 

І /

С\/ П Т 17 \/

 

/ /

 

 

 

 

у /

 

 

 

 

 

 

 

к, дБ

Рис. 7. Характеристики обнаружения штатной СДЦ

600

400

200

0

0

100

200

300

400

500

600

700

СРРСН'2008

1-ч.1 - 107

СУЛТ V рассчитываются для идеализированных условий отсутствия шума и ПП, а в ре­альных помеховых условиях модули выходных сигналов доплеровских фильтров могут меняться в широких пределах, и, следовательно, реальные характеристики СУЛТ V не совпадают с идеализированными.

В связи с этим следовало ожидать, что введение компенсаторов ПП на основе АРФ, уменьшающих уровень этих остатков, должно ослабить этот недостаток штатной системы СДЦ при одновременном сохранении ее достоинств. Так, на рис. 8, а приведены экспериментальные СХ штатной СДЦ и АСДЦ2 в условиях ПП от облаков при СУЛТ ЕV для 5-го из набора скоростных порогов СУЛТ V, а на рис. 8, б - фрагмент СХ, соот­ветствующий зоне скоростной режекции.

400

о 100       200       300       400       500        600       700        800    V   м/с  1000     0      20     40     60 Уг, м/с 100

Рис. 8. Скоростные характеристики на фоне отражений от облаков СУЛТ Е и СУЛТ V

Как видно из рисунка, адаптивные системы СДЦ на основе АРФ (АСДЦ) остаются эффективнее штатной СДЦ не только при отсутствии, но и при включении СУЛТ V. Вы­игрыш в числе обнаруженных целей может достигать 1.5 - 2, а в некоторых точках ско­ростной оси - и более раз. Зона режекции (рис. 8, б) с учетом первой слепой скорости может достигать диапазона 0 - 90 м/с, причем АСДЦ не ухудшает зону режекции по сравнению со штатной СДЦ.

Заключение. Проведенный полунатурный эксперимент показал, что имеющиеся резервы повышения защищенности от пассивных помех РЛС с попачечной вобуляцией интервалов зондирования могут быть реализованы за счет введения адаптивных решетча­тых фильтров подавления пассивных помех на входе системы доплеровских фильтров, обычно использующихся в штатных системах СДЦ таких РЛС.

Литература

1. Май И. Д., Каспирович А. Г., Винник В. А., Донченко А. И., Мотыль В. Н., Антоненко В. Г. Радиолокационная станция 36Д6. Эксплуатация и техническое об­служивание: Учебное пособие. - Запорожье, КЭМЗ "Искра", 2003.

2. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория: Справочник/ Я. Д. Ширман, С. Т. Багдасарян, А. С. Маляренко, Д. И. Леховицкий, С. П. Лещенко и др. / Под ред. Я. Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007.

3. Леховицкий Д. И. Обобщенный алгоритм Левинсона и универсальные решетча­тые фильтры // Изв. вузов. Радиофизика. - Нижний Новгород, 1992, т.35, № 9 - 10.

4. Леховицкий Д. И., Рябуха В. П., Жуга Г. А. Резервы совершенствования систем СДЦ импульсных РЛС с попачечной вобуляцией интервалов зондирования. - Тезисы доклада, МРФ-2008, с. 16 - 19.

5. Леховицкий Д. И., Рябуха В. П., Жуга Г. А., Лаврентьев В. Н. Эксперименталь­ные исследования систем СДЦ на основе адаптивных решетчатых фильтров в импульс­ных РЛС с попачечной вобуляцией периодов зондирования. - Х.: Прикладная радиоэлек­троника, т.7, 2008, №1, с. 3-16.

СРРСН'2008

1-ч.1 - 108

ПОВЫШЕНИЕ ЗАЩИЩЕННОСТИ ОТ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ ОБЗОРНЫХ РЛС С НИЗКОСТАБИЛЬНЫМИ ГЕНЕРАТОРНЫМИ ПРИБОРАМИ

В.В. Литвинов, В.И. Климченко, А.В. Очкуренко Харьковский университет Воздушных Сил имени Ивана Кожедуба 61165, Харьков, ул. Клочковская 228, тел. (057) 341-22-86 The influence of carrier frequency instability of probing signals on the scatter inter-period correlation factor is discussed. The decreasing influence of carrier frequency instability of prob­ing signals on the moving targets discrimination system is investigated. The recommendations to change receiving-transmission structure in radar are given.

Введение: В существующих обзорных РЛС разведки воздушного пространства ти­па П-37, П-18, П-19, 5Н84А, в которых используются передающие устройства выполнены на низкостабильных генераторных приборах, уход несущей частоты зондирующих сиг­налов (ЗС) может достигать 10-20% относительно ширины спектра сигнала. Вследствие этого снижается эффективность системы селекции движущихся целей (СДЦ) и коэффи­циент подпомеховой видимости не превышает 20 дБ, тогда как требуемая величина ко­эффициента подпомеховой видимости для РЛС, развернутых на среднепересеченной ме­стности, должна составлять 30...35 дБ [1]. Таким образом, для достижения требуемого уровня эффективности работы системы СДЦ, необходимо повысить Кпв на 10...15 дБ.

Целью исследований, результаты которых приведены в работе, является обоснова­ние структуры защищенного от пассивных помех радиолокатора, передающее устройство которого выполнено на низкостабильном генераторном приборе.

Изложение материалов исследований: Тракт формирования зондирующих сигна­лов и обработки отраженных эхо-сигналов с учетом влияния нестабильностей несущей частоты можно в общем виде представить эквивалентной схемой, изображенной на рис. 1.

Эквивалент нестабильного автогенератора

Формирователь ПП

Запуск

Генератор 5-импульса

Формирующий фильтр .., Si-i(f), Si(f), Si+i(f),..

Усилитель мощности

Система

СДЦ

Корректирующее устройство ..,Ki-i(f), Ki(f), Ki+i(f),..

Приёмник

Рис. 1. Эквивалентная схема радиолокационного тракта

Спектры 81(1), 8к(Т последовательно излучаемых зондирующих радиоимпульсов обычно сходны по форме, но различаются случайными и независимыми отклонениями несущей частоты от номинального значения (8£, ОТ - соответственно в 1-ом и к-ом тактах зондирования). При отражении от подстилающей поверхности, имеющей случайную час­тотную характеристику КМО(г), частотные компоненты зондирующих сигналов по-разному "взвешиваются" случайной функцией КМО(г). В результате форма, положение и ширина гребней спектра ПП могут существенно изменяться в процессе работы РЛС, что и является причиной ухудшения междупериодной корреляции ПП, а следовательно, эф­фективности работы системы СДЦ.

Уменьшить влияние нестабильности несущей частоты ЗС на эффективность систе­мы СДЦ можно за счет введения в тракт обработки принятых сигналов устройств, обес­печивающих коррекцию спектров ПП. Их частотные характеристики К^Т), Кк(Т долж­ны обеспечивать как можно более точное совмещение произведений К1(1)-81(1), .., Кк(1)-8к(Т для всех совместно обрабатываемых в системе СДЦ посылок. Такая обработка

СРРСН'200S

I-ч.і - i09позволит на выходе корректирующего устройства восстановить корреляцию отражений от подстилающей поверхности и повысить степень компенсации пассивных помех.

Описанный принцип предлагается реализовать методом адаптивной коррекции спектров эхо-сигналов. Суть метода в том, что в каждом такте зондирования осуществля­ется зеркальное смещение частотной характеристики адаптивного фильтра-корректора (АФК) относительно несущей частоты Т на величину частотной расстройки зондирую­щего сигнала. В результате на выходе адаптивного корректора спектры обрабатываемых эхо-сигналов совпадают по средней частоте и неизменны по форме. Указанное свойство позволяет при дальнейшей обработке (в частности, в системе СДЦ) использовать одни и те же спектральные составляющие принимаемых сигналов, что приводит к повышению их междупериодной корреляции. В зависимости от формы зондирующих радиоимпуль­сов и интенсивности ПП коэффициент подпомеховой видимости даже для простейших систем СДЦ теоретически может быть увеличен на 10.25 дБ.

Особенностью действия АФК является то, что происходит трансформация неста­бильности несущей частоты ЗС в амплитудные междупериодные флюктуации сигнала на выходе фильтра. Необходимо отметить, что перестройка частотной характеристики фильтра-корректора осуществляется в соответствии с измеренной величиной нестабиль­ности несущей частоты ЗС. Поэтому величина амплитудных междупериодных флюктуа-ций сигнала на выходе фильтра однозначно связана с величиной нестабильности несущей частоты, что дает возможность учесть изменение амплитуды эхо-сигналов в дальнейшей обработке с помощью нормирующего устройства.

Применение адаптивного фильтра-корректора является эффективным только при высокой точности измерения нестабильности несущей частоты ЗС и высокой точности настройки АЧХ фильтра-корректора на новую частоту в каждом такте зондирования.

Исходным параметром для выработки требований к точности работы АФК является требуемая эффективность системы СДЦ. В РЛС обзора воздушного пространства систе­му СДЦ можно считать эффективной, если коэффициент подпомеховой видимости Кпв, не ниже 30.35 дБ. Исходя из этой величины, можно оценить [2] допустимое средне-квадратическое отклонение несущей частоты эхо-сигналов от номинального значения на входе системы СДЦ:

и5.эхо I-

77 ' Тимп VКпв

Например, для обеспечения значения Кпв= 35 дБ в типовой РЛС обзора воздушного пространства П-37 с параметрами ґном=3-109 Гц, тимп=2,7Т0"6 с допустимое среднеквадра-тическое отклонение несущей частоты эхо-сигналов на входе системы СДЦ составляет 2,1 кГц.

Среднеквадратическое отклонение несущей частоты эхо-сигналов от номинального значения (ст£ эхо) представляет собой общую ошибку, образованную ошибками измерения частоты и ошибками настройки АФК. Поскольку процессы измерения и настройки явля­ются независимыми, то значение суммарной среднеквадратической ошибки эхо будет определяться среднеквадратической ошибкой (СКО) измерения ухода частоты и СКО настройки адаптивного фильтра аҐАФК на новую частоту: аГэхо = д/а;; АФК + <з251 . В [3] пока­зано, что процесс измерения величины отклонения несущей частоты ЗС от номинального значения технически можно реализовать с СКО, величина которой не превышает 1 кГц. С учетом достигнутой точности измерения нестабильности несущей частоты ЗС и допусти­мого значения среднеквадратического отклонения несущей частоты ЗС на входе системы СДЦ, среднеквадратическая ошибка настройки АЧХ адаптивного фильтра-корректора на новую частоту не должна превышать 1,85 кГц.

Для проверки возможности реализации процесса автоматической настройки час­тотной характеристики адаптивного фильтра-корректора на новую частоту проведено в общем виде проектирование цифрового фильтра, соответствующего требованиям по бы-

СРРСН'2008

1-ч.1 - 110стродействию и точности настройки (СКО настройки частотной характеристики АФК на новую частоту не превышает i,S5 кГц).

Проектирование фильтра проводилось для простых сигналов без внутриимпульсной модуляции. Моделировался трансверсальный фильтр с гауссовой АЧХ, линейной фазо­вой характеристикой и с уровнем боковых лепестков не выше -40 дБ. Количество и зна­чения весовых коэффициентов фильтра рассчитывались с помощью метода Паркса-Макклиллана [4].

Положение, форма и уровень боковых лепестков АЧХ фильтра зависят от количе­ства весовых коэффициентов фильтра и их значений [4]. Настройка частотной характери­стики АФК на новую частоту будет зависеть от соответствующего набора весовых коэф­фициентов фильтра (один набор весовых коэффициентов фильтра соответствует кон­кретному значению нестабильности несущей частоты ЗС). Количество наборов весовых коэффициентов фильтра зависит от допустимой СКО настройки частотной характеристи­ки АФК на новую частоту, которая, в свою очередь, определяется дискретностью (А) пе­рестройки фильтра <rf АФК = д/2 -V3. При ст^сис^^ кГц допустимая величина А соста­вит б,29 кГц. Поскольку существует возможность возникновения дополнительных оши­бок, то дискретность перестройки фильтра целесообразно выбрать меньшей, к примеру, равной 5 кГц. С учетом этого для обеспечения возможности перестройки частотной ха­рактеристики фильтра в пределах ±50 кГц необходим 2i набор весовых коэффициентов фильтра.

Таким образом, при поступлении от измерителя нестабильности несущей частоты ЗС информации о величине отклонения несущей частоты ЗС из постоянного запоминаю­щего устройства процессора будет извлечён требуемый набор коэффициентов и осущест­влена операция свертки. В постоянное запоминающее устройство следует записать такое количество наборов весовых коэффициентов, которое позволит воссоздать с требуемой точностью необходимую частотную характеристику АФК в текущем такте зондирования.

Техническую реализацию АФК целесообразно осуществить на базе цифрового сиг­нального процессора (DSP). Среди большого количества DSP следует отметить процес­сор ADSP-TS00i семейства TigerSHARC. Модель ADSP-TS00i обладает хорошим отно­шением "эффективность/стоимость". При внушительных возможностях по обработке це­на процессора не превышает i0S. Реализация описанных технических решений на основе процессора ADSP-TS00i обеспечит высокую точность и быстродействие перестройки фильтра по частоте.

Таким образом, предложенный в [3] измеритель нестабильности несущей частоты ЗС и спроектированный адаптивный фильтр-корректор позволят технически реализовать метод адаптивной коррекции спектров эхо-сигналов.

На рисунке 2 представлена структурная схема приемо-передающего тракта РЛС, позволяющего посредством коррекции частотных характеристик приемного тракта сни­зить влияние нестабильности несущей частоты ЗС на эффективность системы СДЦ.

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