Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 18

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 

С выхода автогенератора с помощью направленного ответвителя часть энергии из­лучаемого сигнала поступает в канал измерения нестабильности частоты зондирующих сигналов. Смеситель осуществляет перенос спектра исследуемого сигнала на рабочую частоту измерителя нестабильности частоты. Усилитель осуществляет согласование уро-веня ЗС с динамическим диапазоном аналогово-цифрового преобразователя. Цифровой измеритель нестабильности частоты определяет величину отклонения несущей частоты 8f от номинального значения. Значение частотной нестабильности передается в приемное устройство на АФК для смещения его частотной характеристики.

Техническая реализация адаптивной коррекции спектров ПП в РЛС с низкоста­бильными генераторами предполагает проведение незначительных изменений в структу­ре станции. Рекомендации по изменению структуры включают: введение канала измере­ния нестабильности несущей частоты ЗС и замену согласованного фильтра на адаптив­ный фильтр-корректор.

СРРСН'200S

I-ч.і - iiiизап

Передающее устройство

Автогенератор Направленньгй СВЧ-диапазона ^ ответвитель

Антенньй коммутатор

Антенная система

у Приемное устройство

УРЧ

игет

Сме-

упч Ы

Адаптивньй фильтр-корректор

Н сдц ^

Смеситель

Усилитель

Цифровой измеритель не­стабильности частоты

Гетеро­динное напряжение

Тактовые импульсы цифровых устройств

Синтезатор частот

Высокостабильный гене­ратор колебаний

Напряжение опорного генератора

Канал измерения нестабильности частоты зондирующего сигнала

Сигнал настройки АФК на новую частоту (код частотной нестабильности)

Рис. 2 Структура приемопередающего тракта защищенного от ГШ радиолокатора с низкостабильными генераторными приборами

В целом, техническая реализация адаптивного фильтра-корректора позволит значи­тельно снизить влияние нестабильности несущей частоты ЗС на эффективность систем СДЦ. Совместное использование низкостабильных генераторных приборов и корректи­рующих устройств в приемном тракте позволит создать защищенный от воздействия пас­сивных помех дешевый радиолокатор с высокими эксплуатационными параметрами.

Выводы. 1. Уменьшить влияние нестабильности несущей частоты ЗС на эффектив­ность системы СДЦ можно за счет введения в тракт обработки принятых сигналов адап­тивного фильтра-корректора, реагирующего на текущие изменения несущей частоты ЗС и перестраивающего свои параметры в процессе работы.

2. Грименение в радиолокаторах адаптивного фильтра-корректора является эффек­тивным при условии высокоточного измерения отклонения несущей частоты ЗС от но­минального значения и точной настройки частотной характеристики фильтра-корректора на новую частоту. Необходимая точность измерения нестабильности частоты ЗС и точ­ность настройки АФК на новую частоту зависят от эффективности системы СДЦ, кото­рой необходимо добиться при коррекции спектров эхо-сигналов.

3. Реализация в РЛС метода адаптивной коррекции спектров эхо-сигналов техниче­ски легко осуществима на современной элементной базе и не приведет к заметному ус­ложнению станции.

Литература

1. Литвинов В.В. Радиолокаторы систем контроля воздушного пространства: ретро­спектива и современные проблемы интеграции и унификации. - Прикладная радиоэлек­троника - 2004 - том. 3 - №4 - с. 61-74.

2. Сколник М. Справочник по радиолокации. Том 3 - М.: Советское радио - 1979 -

528 с.

3. Климченко В.И., Очкуренко А.В., Бовкун А.Н., Малишев А.А., Куприй В.Н., Невмержицкий И.М. Измерение нестабильности несущей частоты радиоимпульсов ма­лой длительности. - Харьков: Системы обработки информации - №8 - 2006 - с. 32-37.

4. Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический под­ход. 2-е издание. - М.: Издательский дом "Вильямс" - 2004 - 992 с.

ситель

СРРСН'2008

1-ч.1 - 112

ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ НЕГАУССОВЫХ ПОМЕХ ОТ МОРЯ

В.И. Луценко

Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова Нан Украины, 61085, Харьков, ул. Академика Проскуры Тел.: (8063) 573-18-85; e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua The method for the operating characteristics of the radio systems estimation based on us­ing of model of non Gaussian clutter from underlying surface (sea, land plots) is proposed. The method use half Markov combined processes. The parameters of parametric (Neumann - Pear­son, adaptive control of threshold and filter of selection stopband) and non-parametric (sign and linear rank) detectors are analyzed. The loss value of signal to noise ratio is appeared owing to non Gaussian of clutter parameters is estimated.

Введение. В ранних работах, посвященных анализу систем обнаружения, задача решалась в предположении о гауссовой статистике фоновых отражений от поверхности суши и моря. Такое предположение обосновано для систем, не обладающих высоким раз­решением, например, РЛС непрерывного излучения, а также импульсных РЛС с доста­точно большим разрешаемым объемом. Реальные помехи, создаваемые РЛС отражения­ми от моря, участков суши, покрытых растительностью и метеообразований, обладают неоднородными пространственно-временными характеристиками, являясь, в общем слу­чае, нестационарным негауссовым шумом [1,2]. В связи с этим представляет интерес раз­работка моделей нестационарных негауссовых помех, от подстилающих поверхностей (суши, моря), и на их основе методов анализа рабочих характеристик радио систем.

Расчет характеристик обнаружения. В работе [3] было предложено использовать для описания пассивных помех, создаваемых РЛС с высоким разрешением обратным рас­сеянием радиоволн поверхностью суши и моря смешанные полумарковские процессы. Статистическое описание рассеянных сигналов основано на использовании двухкомпо-нентных процессов (ДО, в (t)} у которых одна компонента (Mf)} - непрерывна, а другая (t)} = vr дискретна (t - обобщенное время). Эти компоненты обычно являются зависи­мыми и не марковскими. В каждый момент времени процесс может находиться в одном из к возможны фазовых состоянии Ц е vi ... vk, причем полагается известным начальное состояние в0= v в момент времени одношаговые вероятности перехода п j; i,j= 1, к и распределения f j=(t) времен ожидания Tj в состоянии v до перехода в Vj . Внутри каждо­го из v состояний процесс будем полагать квазистационарным, со своей плотностью рас­пределения значений Pi (M) и спектром S (со). Предложенное статистическое описание сигнала, позволяет учесть изменчивость рассеяния от морской поверхности, обусловлен­ную прохождением через элемент разрешения гребней морских волн, а для суши - разли­чием типов растительного покрова. Наиболее простыми для анализа являются два пре­дельных случая, когда время, используемое для принятия решения при обнаружении, значительно больше или значительно меньше среднего времени существования процесса в каждом из фазовых состояний. Для систем ближней радиолокации характерны малые времена наблюдения элемента разрешения, то есть время формирования статистики, ис­пользуемой для принятия решения системой обнаружения, существенно меньше харак­терных пространственно временных масштабов неоднородностей на подстилающей по­верхности или в атмосфере. Для морской поверхности они определяются периодом мор­ских волн, а для суши - характерными размерами участков с одинаковым покрытием. Это позволяет считать импульсы помехи в пачке принадлежащими одному фазовому состоя­нию. Поскольку набор фазовых состояний является полной группой событий, можно за­писать выражения, определяющие рабочие характеристики системы обнаружения, связав их с реализуемыми ею вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги Fi для каждого из i фазовых состояний помехи:

СРРСН'2008

1-ч.1 - 113

—►-     к —►- к

Б = Б Р*(Яг.) = У БІР(НІ);F = F Р*(Н,) = У ^Р(Н),

і=1 і=1

(1)

где Р(Ні) = Р - финальные вероятности нахождения помехи в і - ом фазовом состоя-

нии.

Из (1) следует, что рабочие характеристики обнаружителя сигнала на фоне неста­ционарных помех от подстилающей поверхности или атмосферных образований являют­ся средневзвешенными вероятностями правильного обнаружения (ложной тревоги) для каждого из фазовых состояний с весами, определяемыми финальными вероятностями Р существования помехи в каждом из этих фазовых состояний.

Существует огромное количество работ, в которых рассмотрено решение задачи обнаружения сигналов, описываемых различными моделями на фоне как гауссовых, так негауссовых шумов. Преимущество предлагаемого нами подхода состоит в возможности использования их результатов, которые для нашего случая будут давать парциальные значения вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения для -го фазового состояния помехи. Рассмотрим на примерах получение рабочих характеристик конкрет­ных систем обнаружения. В ряде случаев помеха внутри і - го фазового состояния может описываться гауссовым законом распределения для мгновенных значений на выходе фа­зового детектора и релеевским - для амплитуд. Подобная ситуация характерна при обна­ружении сигналов на фоне помех, создаваемых отражениями от моря. При этом всплески помехи связаны с прохождением через элемент разрешения гребней морских волн.

1.Обнаружитель Неймана-Пирсона с фиксированным порогом принятия ре­шения. Для линейного детектора и релеевской статистики помехи в каждом из фазовых состояний были рассчитаны рабочие характеристики обнаружителя Неймана-Пирсона и потери, в соотношении сигнал /помеха, возникающие за счет негауссовости помехи -рис.1.

8

_|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Г"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зони

Потери Дб

 

 

18 - 20

 

 

15 - 18

 

 

12 - 15

 

 

9 ■ 12

 

■ ...

 

3 - с

 

0 - 3

 

0.2       0.4      0,6       0,8 Р Рис. 1. Потери в соотношении сигнал шум       Рис. 2. Обнаружитель Неймана Пирсо-

за счет негауссовости : В = 0.9;Г = 10-4 . на: Л = 3 см> ветер 7м/с дальность

0,6км; 1 - Г = 10-2 ; 2 - Г = 10-3; 3 -

Г = 10-4 ; : □ без СДЦ, □ - с СДЦ. В качестве меры отличающей статистики шума от нормального процесса использу-2     _2 /   2 _2

ется параметр

2

2       2 2

у  =01/00 представляющий отношение дисперсий при выбросах о[ и о 0 помехи. Величина Р - характеризует вероятность наличия всплеска. Для от-

паузах

ражений от моря составляет величину 0,05-0,15 [3]. Видно, что при редких всплесках и большой их интенсивности потери могут достигать 20 дБ, уменьшаясь при возрастании их частоты и снижении интенсивности. Необходимо отметить, что увеличение пачки на­капливаемых импульсов не приводит к снижению потерь в соотношении сигнал помеха до тех пор, пока время накопления существенно меньше времени существования помехи в каждом из фазовых состояний.

СРРСН'2008

1-ч.1 - 114

Экспериментальное исследование рабочих характеристик обнаружителя Неймана-Пирсона проведено с использованием записей реальной помехи, создаваемой отражения­ми от моря. Из рис.2 видно, что требуемое для уверенного обнаружения (В >0,9) соот­ношение сигнал/помеха превышает величину, необходимую при обнаружении сигнала на фоне помех с гауссовой статистикой, примерно на 4-9 дБ, что согласуется с результатами теоретических оценок..

Необходимо отметить, что для нахождения требуемого для правильного обнаруже­ния соотношения сигнал шум в условиях гауссовых помех можно использовать много­численные результаты, полученные для гауссовых шумов [4]. Для негауссовой нестацио­нарной помехи требуемые для обнаружения соотношения сигнал помеха, получаются путем добавления дополнительных потерь, возникающих из-за негауссовости, которые можно оценить по предлагаемой нами методике.

2.Обнаружители сигналов с адаптивным изменением порога принятия реше­ния и полосы режекции фильтра СДЦ. Потребуем, чтобы при всплесках помехи порог изменялся таким образом, чтобы обеспечить стабилизацию вероятности ложной тревоги на том же уровне, что и при паузах, т.е. Г0 = Г1 . Для этого порог необходимо изме­нять: 201 = 200у , где 2200 - величина порога принятия решения для Н1 , Н0 фазовых состояний помехи соответственно. Вероятность правильного обнаружения В(/и) для за­данного отношения сигнал шум определяется:

где Вс () - вероятность правильного обнаружения сигнала в гауссовом шуме.

Если во время всплесков помехи запирать приемное устройство, то можно при не­котором снижении вероятности правильного обнаружения существенно уменьшить уро­вень ложных тревог. Подобный алгоритм обнаружения является частным случаем алго­ритма с адаптивным изменением порога.

Стабилизацию уровня вероятности ложной тревоги можно осуществлять путем адаптивного расширения полосы режекции фильтра СДЦ при всплесках помехи.

Сопоставление рабочих характеристик различных типов обнаружителей позволяет сделать следующие выводы:

1. Для вероятностей правильного обнаружения В < 1 Р обнаружители с изме­няющейся полосой режекции помехи, адаптацией порога и с бланкированием всплесков помехи обладают примерно одинаковыми характеристиками и более эффективны, чем обнаружители с фиксированным порогом принятия решения.

2. При (1 Р) < В < 1 (1 Ж)Р наиболее эффективны обнаружители с адаптаци­ей полосы режекции фильтра СДЦ, поскольку подавляя помеху от всплесков для них не требуется существенного повышения отношения сигнал/помеха при реализации тех же характеристик обнаружения. Ж - учитывает уменьшение вероятности попадания сигнала в полосу прозрачности фильтра СДЦ при всплеске помехи из-за расширения полосы ре-жекции.

3. При В > 1 (1 Ж)Р предпочтение может быть отдано обнаружителям с адап­тивным порогом, которые по эффективности превышают обнаружитель с фиксирован­ным порогом, и при высоких отношениях сигнал - помеха позволяет получить В, близ­кую к единице

3. Непараметрические обнаружители сигнала на фоне негауссовых помех. При

малых временах наблюдения вероятности обнаружения знакового и линейного рангового обнаружителей в предположении о нормализации статистики:

СРРСН'2008 1-ч.1 - 115 МРФ'2008

(2)

В = (1 — Р)ф[ 3 * — Ф — (1 — Р)

г

3- — ф      р)

(3)

Здесь а0 = А*2^ - для знакового и а0 = для линейного рангового обнаружителей.

Расчеты показывают, что знаковый обнаружитель примерно на 2 дБ проигрывает по сравнению с обнаружителем с адаптацией порога принятия решения. Для сравнения ал­горитмов обнаружения сигналов на фоне помех от моря в тех случаях, когда интервал наблюдения во много раз превышает среднее время существования помехи в одном из состояний Н   можно использовать асимптотическую относительную эффективность

(АОЭ) Е21, введенную Питменом. Выигрыш, получаемый при использовании непарамет­рических алгоритмов по сравнению с алгоритмом Неймана-Пирсона, для негауссовых помех составляет 3-10 дБ.

Выводы. 1.Нестационарность и негауссовость помех от взволнованной поверхности моря приводит к необходимости увеличения отношения сигнал/шум для достижения тех же вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги, что и при гауссовом шуме. Величина потерь в отношении сигнал/шум возрастает, если интенсивность помех в раз­личных фазовых состояниях существенно отличается. Наиболее велики потери (до 10-20 дБ) обнаружителей с фиксированным порогом принятия решения, который устанавлива­ется исходя из наиболее интенсивного фазового компонента помехи.

2. Снижение потерь в отношении сигнал/помеха можно достигнуть путем адаптив­ного управления порогом, которое предполагает достоверное оценивание текущих значе­ний интенсивности помехи. Адаптивное управление порогом приводит к нормализации статистик помехи на входе решающего устройства. Аналогичный результат достигается при использовании непараметрических обнаружителей, которые по эффективности не­значительно (на 1-2 дБ) уступают обнаружителям с адаптацией порога принятия реше­ния. Управление полосой режекции фильтра системы СДЦ в соответствие с текущей ин­тенсивностью помехи (расширение полосы режекции при всплесках) позволяет повысить коэффициент ее подавления и снизить требуемое для обнаружения сигнала отношение сигнал/шум.

Литература

1. Транк Георг. Обнаружение целей на фоне помех от морской поверхности с нега­уссовым распределением. - Зарубежная радиоэлектроника, 1971, № 7, с.17-28.

2. Мишель М. Отражение радиолокационных эхо-сигналов от морской поверхно­сти (модели и экспериментальные результаты). - Зарубежная радиоэлектроника, 1972, №7, с. 13-26.

3. Луценко В.И Имитационная модель сигнала обратного рассеяния от морской по­верхности / Успехи современной радиоэлектроники.- №4, 2008, с.59-73.

4. Кацельбоген М.С. Характеристики обнаружения.- М.: Сов. радио, 1965.

СРРСН'2008

1-ч.1 - 116

ОЦЕНКА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ НАБЛЮДАЕМОСТИ ОБЬЕКТОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ ОТ МОРЯ.

В.И Луценко

Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, 61085, Харьков, ул. Академика Проскуры Тел.: (8063) 573-18-85; е-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua The method of estimation of radiolocating observability of marine objects and range of operation of radar station on requirement on non-Gauss noise from sea is offered. The examples of estimation of observability of marine objects of difference classes by different condition of the weather and uses of narrowband SMT Doppler system are given.

Введение. При проектировании РЛС необходимо учитывать особенности простран­ственно-временной структуры отражений от поверхности моря, суши и гидрометеоров. Данные о характеристиках отражений и их взаимосвязи с параметрами морского волне­ния представляют интерес и при разработке РЛС, решающих задачи дистанционного оп­ределения состояния морской поверхности, контроля зон загрязнения морских акваторий нефтепродуктами. Вместе с тем, до настоящего времени, в большинстве случаев, расчет радиолокационной наблюдаемости объектов на фоне пассивных помех велся с использо­ванием гауссовой модели [1]. Реальные помехи, в большинстве случаев представляют негауссов, нестационарный процесс [2,3]. В настоящей работе рассмотрена методика оценки наблюдаемости, учитывающая негауссов характер отражений от моря.

1 Расчет интенсивности помех, создаваемых отражениями от поверхности мо­ря. Удельная ЭПР морской поверхности зависит от многих параметров, важнейшими из которых являются угол скольжения, длина излучаемой радиоволны, скорость и направ­ление ветра, поляризация излучения. Наиболее полно анализ и обобщение результатов

экспериментальных исследований сг° моря представлены в [3, 4]. Удельная ЭПР моря представляется в виде произведения трех переменных, учитывающих многолучевость в

канале распространения Ау, направление облучения морской поверхности по отноше­нию к направлению ветра Ад и скорость ветра Av . Наличие повышенной рефракции в приводном слое тропосферы приводит к тому, что действительный угол скольжения у больше угла, определяемого из геометрических соображений, т.е.:

у* R + 2R\gN\, (1) R 2

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