ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время завершается работа над критическими компонентами ЭАС ―Изделие-01‖, наличие которых позволит, по существу, выполнять автоматизированное функциональное проектирование необходимых АФУ в части получения их ОНП. Дальнейшая оптимизация полностью параметризованной модели облика в ПМК

«CSTMicrowaveStudio» методом доверительных областей компенсирует неточности проектирования, обусловленные допущениями при ЭДА. Для любого из рассмотренных АФУ в объѐмном исполнении частично освоены и продолжают совершенствоваться методики создания печатно-полосковых эквивалентов. Конструктивно-компоновочные требования к проектируемым АФУ соответствуют условиям работы реальных изделий и включают в себя необходимость использования экранированных линий передачи на отечественной материальной базе, строгого соблюдения массогабаритных ограничений и обеспечения высокого уровня подводимой мощности.

С

ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Гальченко, Н.А. Матрично-электродинамический анализ волноведущих, распределительных и излучающих структур: дисс. ...

доктора физ.-мат. наук: 01.04.03 / Гальченко Николай Алексеевич. – Ростов-на-Дону, 1999. – 452 с.

[2] Лиманский, В.Н. Линейные излучатели на основе полуоткрытого желобкового волновода: дисс. ... канд. техн. наук: 05.12.07 / Лиманский Владимир Николаевич. – Новосибирск, 2010. – 201 с.

[3] Проблемы антенной техники / под. ред. Л.Д. Бахраха, Д.И.

Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1989. – 368 с.

[4] Автоматизированное проектирование устройств СВЧ / В.В.

Никольский, В.П. Орлов, В.Г. Феоктистов и др.; под. ред. В.В.

Никольского. – М.: Радио и связь, 1982. – 272 с.

[5] Типикин А.А. Моделирование антенных устройств в MATLAB с использованием пакета расширения AntennaToolbox. – М.: СОЛОН- Пресс, 2016. – 116 с.

[6] Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ / Д.И.

Воскресенский, С.Д. Кременецкий, А.Ю. Гринев, Ю.В. Котов: учебн.

пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988. – 240 с.

[7] Патент № 2472261 РФ. Дипольный излучатель / Д.А. Бухтияров, А.П.

Горбачев, Ю.О. Филимонова. 2013.

[8] Патент № 2571156 РФ. Вибраторная антенна / А.И. Борейчук, А.П.

Горбачев, Н.А. Кириллова, А.В. Шведова. 2015.

[9] Бухтияров Д.А.Автоматизация проектирования печатных директорных антенн с возбудителями дипольного вида // ВНКСФ-24: тр. 24^ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учѐных, Томск, 31 марта - 7 апр. 2018 г. – Томск: Изд-во ТГУ, 2018. – С.

451-452.

[10] Экспертно-аналитическая система моделирования, проектирования и контроля приемо-передающих, антенно-фидерных модулей и тракта распространения СШП сигналов ЭАС «МСР-Импульс» [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.uwbs.kbor.ru/wp-content/uploads/

Презентация-ЭАС-МСР-Импульс1.pdf, свободный (дата обращения 10.04.2018).

187 Дмитрий Андреевич Бухтияров родился в г. Черепаново, Россия, в ноябре 1990 г.

В настоящее время является инженером АО «НПО «НИИИП-НЗиК» и аспирантом Новосибирского Государственного Технического Университета по профилю

―Антенны, СВЧ устройства и их технологии‖.

Направление научных исследований:

автоматизация проектирования антенно- фидерных устройств.

978-1-5386-7054-5/18/$31.00 ©2018 IEEE

188

Сравнительный Анализ Эффективности Алгоритмов Обнаружения с Частотными

Порогами

Ксения А. Елагина

АО «НПО НИИИП-НЗиК», г.Новосибирск, Россия

Аннотация – В статье проводится сравнительный анализ эффективности разновидностей алгоритмов обнаружения с частотными порогами для малоимпульсных пачек в условиях точечных пассивных помех. Рассматриваются случаи простой и комбинированной внутрипачечной (междупериодной) обработки с несколькими частотными порогами, а также случай межпачечной (межлучевой) обработки.

Решена компромиссная задача уменьшения потерь обнаружения скоростных целей и повышения видимости целей, движущихся с малыми радиальными скоростями.

В основе скоростной селекции исследуемых алгоритмов лежит принцип адаптивного к мощности сигнала порога по частоте Доплера. Эффективность алгоритмов оценивается на основе статистического моделирования.

Ключевые слова – Точечная пассивная помеха, радиальная скорость, некогерентное накопление, частотный порог

I.

В

ВЕДЕНИЕ

всего многообразия типов помех, воздействующих на РЛС и имеющих сложный механизм возникновения, можно выделить так называемые отражения «от ясного неба» (отражения от оптически ненаблюдаемых объектов, «ангелы»), важность защиты от которых нельзя недооценивать.

Традиционно к «ангелам», являющимся по своей природе точечными пассивными помехами (ТПП), относят отражения от диэлектрических неоднородностей и турбулентностей атмосферы, а также в некоторых случаях отражения от стай птиц, скоплений насекомых и др. [1 – 4]. Увеличение числа ложных отметок (ЛО) от помех, в том числе от

«ангел-эхо», до критического значения, соответствующего максимальному числу одновременно сопровождаемых целей (пропускной способности), рано или поздно приведѐт к недопустимой перегрузке информационной системы РЛС.

Снижение числа ЛО часто достигается завышением амплитудных и скоростных порогов, что может привести к потерям отметок от целей с малой эффективной площадью рассеяния, малоскоростных и маловысотных целей [5]. Поэтому требуется сбалансированное распределение усилий по

подавлению помех на разных этапах обработки (внутри-, междупериодной и межобзорной) [5].

В условиях ограниченного временного баланса для обнаружения целей в широком диапазоне радиальных скоростей и защиты РЛС от ТПП в качестве зондирующих сигналов применяют пачки с небольшим числом импульсов и с вобуляцией (изменением) ΔТ периода повторения Т, для которых известны алгоритмы разностно-временной череспериодной компенсации (РВ ЧПК) и некогерентного накопления с частотным порогом (НН-ЧП) [4, 6, 7].Главным недостатком данных алгоритмов является снижение видимости «тихоходных» целей, а в первом случае – недостаточная защита от мощных помех. Как было показано в [7], применение мгновенных регулировок усиления в алгоритмах РВ ЧПК позволяет уменьшить число ЛО от ТПП, однако это приводит к ещѐ большему снижению характеристик обнаружения целей, движущихся с малыми радиальными скоростями.

Для повышения защищѐнности РЛС от ТПП и улучшения видимости «тихоходных» целей в [7–12] по алгоритму НН- ЧП предложено обрабатывать пачки импульсов с двумя параметрами вобуляции [7-9], сигналы с периодической частотной модуляцией (ПЧМ) [7,10], пачки импульсов одного углового направления или смежных лучей диаграммы направленности антенны [7, 11–12], а также осуществлять адаптацию частотного порога (ЧП) к мощности сигнала [7, 10–12]. Показано, что применение данных алгоритмов при малом числе ЛО позволяет повысить характеристики обнаружения целей, движущихся с малыми радиальными скоростями. В этом случае относительно НН-ЧП для одной пачки в зависимости от алгоритма и ширины спектра помехи минимальные радиальные скорости обнаруживаемых целей можно уменьшить в 1,7…4,5 раза. Адаптация ЧПк мощности сигнала по сравнению с фиксированным ЧП позволяет уменьшить минимальные радиальные скорости обнаруживаемых целей в среднем в 1,3…2 раза, что при мощности сигнала 12…30 дБ соответствует значениям радиальных скоростей 300… 235 м/с (1 пачка ЛЧМ импульсов) и 300…110 м/с (2…3 пачки ЛЧМ импульсов и ПЧМ сигнал), относительно НН-ЧП для 1-й пачки в зависимости от ширины спектра помехи – в 3…4,5 раза.

Кроме этого в [13] для уменьшения потерь в обнаружении и расширения диапазона радиальных скоростей целей в условиях помех с относительно узким спектром был предложен алгоритм обнаружения с двумя

Из

189 скоростными порогами. Предлагаемый алгоритм обнаружения состоит из алгоритмов некогерентного накопления и разностно-временной череспериодной компенсации для одной пачки импульсов, каждый из которых дополнен соответствующим порогом по частоте Доплера. Переключением параллельных каналов когерентного и некогерентного накопления управляет мультиплексор, управляющий сигнал которого приходит от анализатора частотного диапазона.

II.

П

ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Несмотря на полученные результаты задача разработки алгоритмов обнаружения, позволяющих получить аналогичные или лучшие результаты при меньших затратах времени, ресурсов для реализации, по-прежнему актуальна. Важной является и задача оценки нижней границы минимальной радиальной скорости обнаруживаемых целей.

Таким образом, целью настоящей статьи является синтез новых алгоритмов обнаружения, позволяющих при надѐжной защите от ТПП уменьшить потери, улучшить характеристики обнаружения целей, движущихся с малыми радиальными скоростями, а также проведение сравнительного анализа известных и предложенных алгоритмов обнаружения с ЧП.

Для достижения данной цели и оценки потенциальных возможностей по улучшению характеристик обнаружения «тихоходных» целей будут исследованы вопросы эффективности алгоритмов с большим числом частотных порогов при внутрипачечной обработке, а также алгоритмы для большего числа пачек импульсов, ранее не опубликованные автором.

III.

Т

ЕОРИЯ

Алгоритмы обнаружения с частотными порогами, позволяющие обеспечить номинальный уровень ложных тревог от «ангелов», можно условно разделить на следующие группы:

 одноимпульсная обработка;

 внутрипачечная (междупериодная) обработка;

 межпачечная обработка (межлучевая).

Междупериодная обработка может быть

 простой с одним частотным порогом;

 комбинированной с несколькими частотными порогами.

Кроме этого междупериодная обработка может проводиться для пачки

 с одним параметром вобуляции;

 с несколькими параметрами вобуляции.

Для межпачечной обработки в статье рассматривается случай бинарного накопления амплитуд сигналов, которое в некоторых случаях проще реализовать на практике, чем некогерентное накопление.

Предположим, что используется единственная несущая частота. В этом случае для бинарного накопления амплитуд сигналов для пачек импульсов одного углового направления или при сканировании диаграммой направленности антенны (ДНА) эффективнее использовать критерий «R из R» (R – число пачек импульсов одного углового направления или смежных лучей ДНА). Автором также установлено, что наименьшие значения ЧП соответствуют случаю бинарного накопления превышений выходных сигналов частотных порогов по критерию «R из

R».

Поскольку рассматривается случай ограниченного временного баланса, то формулы разностно-временной череспериодной компенсации, алгоритмов обнаружения с двумя и тремя ЧП приводятся для пачек из 3-х импульсов.

Без потери общности алгоритмы НН-ЧП приведены для случая пачек из n-импульсов.

В нашем случае для малоимпульсной пачки значительное расширение диапазона радиальных скоростей обнаруживаемых целей (как «тихоходных», так и среднескоростных) в алгоритмах с частотными порогами достигается уже с двумя параметрами вобуляции.

Поскольку выигрыш в пороговом отношении

«сигнал/шум» (ОСШ) относительно амплитудного режима в одноимпульсной процедуре у алгоритма НН для пачки из 3-х импульсов составляет

3

раз, а для алгоритмов РВ ЧПК с тем же числом импульсов –

4

6

, то при обнаружении целей, движущихся с оптимальными радиальными скоростями, алгоритмы РВ ЧПК по сравнению с НН будут иметь потери в обнаружении. По результатам статистического моделирования величина этих потерь составляет 0,8 дБ [7]. Для уменьшения потерь в обнаружении скоростных целей и защиты от помех алгоритмы РВ ЧПК, дополненные ЧП, модернизированы в алгоритмы с несколькими ЧП [13].

Далее рассмотрим варианты алгоритмов НН-ЧП для сигнала с периодической ЧМ (ПЧМ) [7, 10], НН-ЧП для сигналов с однозначной дальностью (например, для пачек ЛЧМ сигналов) [4,8,11–12], алгоритма НН и однократной разностно-временной череспериодной компенсации (РВ ЧПК1) [13] для пачки из 3-х импульсов с двумя ЧП, нового алгоритма с тремя частотными порогами, включающего алгоритм двукратной разностно-временной череспериодной компенсации (РВ ЧПК2), а также алгоритм НН-ЧП для пачки импульсов с двумя параметрами вобуляции [8-9,11]

применительно к случаю обработки R-пачек импульсов одного углового направления или смежных лучей ДНА, который для пачки с один параметром вобуляции рассматривался в [7,11-12].

Представленные ниже алгоритмы при R = 1 соответствуют случаю обработки одной пачки импульсов.

Принцип работы рассмотренных ниже алгоритмов обнаружения с ЧП при внутрипачечной обработке в общем случае сводится к проверке результата накопления амплитуд сигналов и абсолютного значения одной или нескольких оценок частоты Доплера с соответствующими амплитудным и частотным(и) порогами. Решение об

190 обнаружении движущейся цели в проверяемой дискрете по дальности выносится в случае одновременного превышения амплитудных и частотных порогов. При межпачечной обработке результаты превышений амплитудных и частотных порогов по каждой пачке накапливают согласно критерию бинарного накопления «R из R».

A. Алгоритм НН-ЧП для ПЧМ сигнала

1

( , ) ( , )

R r BNpcm

r drpcm f BNpcm

Z C N R

R

F C N R



  

  

 

  

 



_





, (1)

где

1 N

r pcmir

i

Z x







– результат некогерентного накопления ПЧМ сигнала,

pcmir

x

– комплексные отсчѐты, отстоящие на

 /

N и соответствующие пикам огибающей отклика согласованного фильтра (СФ) на ПЧМ сигнал,  – длительность ПЧМ сигнала, N– число периодов ПЧМ сигнала,

( 1)

( 1)

* 2

arg

*

2 /

i r

r r r

N

pcmir pcm i

pcmir pcm dpcm

x x

x x

F

 

N







 

  

 

  

 

 

  



 – оценка частоты

Доплера,

arg

– операция получения фазы комплексного числа,

( , )

BNpcm

C N R

– амплитудный порог бинарного накопления для ПЧМ сигнала,

( , )

f BNpcm

C N R

– частотный порог бинарного накопления для ПЧМ сигнала,

 – комплексное сопряжение,



– операция логического «И».

При обработке ПЧМ сигнала в СФ, рассчитанном на сжатие сигнала длительностью

 /

N, на выходе СФ появляется N-когерентных сжатых сигналов, разнесѐнных на

 /

N, что позволяет оценить частоту Доплера в одноимпульсной процедуре.

При накоплении пиковых отсчѐтов ПЧМ сигнала кроме главного лепестка сжатого сигнала образуются побочные лепестки, которые необходимо исключать из дальнейшей обработки.

Применение алгоритма (1) возможно в угловых направлениях, свободных от протяжѐнных пассивных помех.

B. Алгоритм НН-ЧП

1 1

1 ( , )

( , , )

r BN

n

R ir BN

i r

d f

x C n R

n R

F C n m R





 

 

 

  

 

  

 

 







, (2)

где

( , x x

_{1r 2r}

,..., x

_nr

)

– комплексные отсчѐты сигнала на выходе фильтра сжатия в

N

^- периодах r-пачки, импульсы в периодах с 1-го по m-й следуют с интервалом, равным k, а импульсы с (r)-го по

k t 

^{( )r} -й следуют с интервалом (



^{N N *}



^{), T}– вобуляция периода повторения импульсов,

 



^{2 1}



arg 2

r r

r

j d

e

F



T

  

   

 

– оценка частоты Доплера,

1r

, _2r

– оценки разностей фаз эхо-сигналов между периодами,

1 ( 1)

2 ( 1)*

r

m ir i r

j

i ir i r

x x

e x x





 

 





 ,

2 ( 1)

1 ( 1)

r

n ir i r

j

i m ir i r

x x

e x x





  

 







,

( , )

CBN n R – амплитудный порог бинарного накопления,

( , , )

C

f BN

n m R

– частотный порог бинарного накопления.

C. Алгоритм с двумя частотными порогами

1 R

r r

T R





 (3)

1 1 2

3

2 1

1, ( ) ( ) ( ),

1, 1 ( ) ( ),

3 0,

SDC f dr f

r ir BN dr f

i

U C R C R F C R

T x C R F C R

else



   



   















21 32

3 2 1

1 2

6

r j r

r j r r

U   x e^{ }  x x e^

,

где

( , x x x

_{1r 2r}

,

_3r

)

– комплексные отсчѐты сигнала на выходе фильтра сжатия в трѐх периодах r-пачки,

21 2 1

*

2 1

j r r r

r r

x x

e x x

   





,

32 3 2

3 *2

j r r r

r r

x x

e x x

  

 



,

 



^{32 21}



arg 2

r r

r

j d

e

F



T

  

   

 

 – оценка частоты Доплера,

1

( )

СSDC R – амплитудный порог бинарного накопления для РВ ЧПК1,

191

1

( )

C

f

R

,

C

_f2

( ) R

– частотные пороги бинарного накопления для РВ ЧПК1 и НН соответственно.

D. Алгоритм с тремя частотными порогами

1 R

r r

T R





 , (4)

2 2 1 2

1 1 2 3

3

3 1

1, ( ) ( ) ( ),

1, ( ) ( ) ( ),

1, 1 ( ) ( ),

3 0,

r SDC f dr f

r SDC f dr f

r

ir BN dr f

i

U C R C R F C R

U C R C R F C R

T

x C R F C R

else



   



   

 

   



















32

1 3 21 2 1

1 2

6

r

r j

j

r r r r

U   x e^{ }  x x e^

,

21 32

21 (2 )

2 3 2 1

1 2

6

r r

r j

j

r r r

U   x e^{ }  x  x e ^{ }

где С_SDC2

( )

R – амплитудный порог бинарного накопления для РВ ЧПК2,

1

( )

C

f

R

,

C

_f2

( ) R

,

C

_f3

( ) R

– частотные пороги бинарного накопления для РВ ЧПК2, РВ ЧПК1 и НН соответственно.

E. Алгоритм НН-ЧП для пачек импульсов с двумяпараметрами вобуляции

BN f

T



T , (5)

1 1

1 1

1

2 2

1

1 ( , ) ,

( , , , ) ( , , , )

r

r

R n

BN ir BN

r i

R

d f

r

f R

d f

r

T x C n R R

n

F C n m k R R T

F C n m k R R

 





 

    

 

    

   

 

    

 

 

 













где

( , x x

_{1r 2r}

,..., x

_nr

)

– комплексные отсчѐты отклика СФ в n-периодах r-пачки, импульсы в периодах с 1- го по m-й следуют с интервалом T , импульсы с (

1

m )-го по k-й следуют с интервалом (T T₁), импульсы с (k

1

)-го по n-й следуют с интервалом (

T T2),

 



^{2 1}



1

1

arg 2

r r

r

j d

e

F



T

  

   

 

 оценка частоты Доплера для группы импульсов с первым параметром вобуляции,

 

 

 

3 2

2

2 1

arg 2

r r

r

j d

e

F



T T

  

     

 

 – оценка частоты Доплера для

группы импульсов со вторым параметром вобуляции,

1 ( 1)

2 ( 1)

r

m ir i r

j

i ir i r

x x

e x x





 

 





 ,

2 ( 1)

1 ( 1)

r

k ir i r

j

i m ir i r

x x

e x x





  

 







, ^{3 ( 1)}

1 ( 1)

r

n ir i r

j

i k ir i r

x x

e x x





  

 







,

T1

 ,

 T

₂ – параметры вобуляции,

1

( , , , )

C n m k R

f ,

C

_f2

( , , , ) n m k R

– частотные пороги бинарного накопления для пачки с двумя параметрами вобуляции,



– операция логического «ИЛИ».

IV.

Р

ЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

По результатам статистического моделирования были определены минимальные радиальные скорости целей, при которых для фиксированного значения мощности сигнала и номинальной вероятности ложной тревоги (ВЛТ) от

«ангелов» обеспечивается вероятность обнаружения цели в соответствующем алгоритме, равная 0,5.

Рассмотрен случай обработки пачек импульсов одного углового направления. При обработке пачек импульсов смежных лучей ДНА будет иметь место незначительное ухудшение видимости для пороговых сигналов, в этом случае радиальные скорости обнаруживаемых целей для алгоритмов НН-ЧП увеличиваются не более, чем на 50 м/с [12]. Для применения алгоритмов в режимах со сканированием ДНА для уменьшения потерь в пороговом отношении «сигнал/шум» необходимо, чтобы ширина ДНА по уровню -3дБ была небольшой (например, 2 град).

На Рис.1 – Рис.2 показаны зависимости минимальных радиальных скоростей обнаруживаемых целей Vот мощности сигналов Ps при ширине спектра помех 40 Гц.

Расчѐты проведены для следующих моделей зондирующих сигналов: для 1-й – 3-х пачек из 3-х ЛЧМ импульсов с вобуляциейT₁= 40мкс, пачек из 4-х импульсов со вторым параметром вобуляции

 T

₂= 120 мкс, ПЧМ сигналов из 2-х периодов с длительностью одного периода 40 мкс. Ширина спектра цели – 2 Гц, ширина дробно-рационального доплеровского спектра помехи – 40 Гц, период повторения T – 1мс, интервал зондирования между пачками составил 3 длительности пачки, вероятность ложной тревоги от «ангелов» –

10

^2, вероятность ложной тревоги по шумам –

10

^6.

Пример приведѐн для случая адаптивного к мощности сигнала ЧП, для которого по результатам предыдущих

192 исследований получены лучшие результаты, чем для фиксированного порога.

По результатам предварительных экспериментов было установлено, что для ширины спектра помех 90 Гц и низкой ВЛТ (

10

^2) от «ангелов» в алгоритме НН-ЧП для одной пачки импульсов (2) адаптация ЧП к мощности сигнала практически не имеет смысла, поэтому в этом случае применялся фиксированный ЧП. Кроме этого моделирование показало, что адаптация ЧП при обработке 1…3 пачек импульсов по алгоритмам с двумя и тремя частотными порогами (3)–(4) при любой ширине спектра помех также не требуется.

Для лучшей наглядности часть зависимостей вынесена на два отдельных графика. Результаты при межпачечной обработке для алгоритмов с двумя (3) и тремя частотными порогами (4) практически совпадают, поэтому показан общий график, а подписи в легенде перечисляются через запятую. На рисунках приняты следующие условные обозначения алгоритмов:

 NN-CfPCM – НН-ЧП для ПЧМ сигнала (1);

 NN-Cf – НН-ЧП (2);

 2Cf – с двумя частотными порогами (3);

 3Cf – с тремя частотными порогами (4);

 NN-Cfn = 4 – НН-ЧП с двумя параметрами вобуляции (5).

В скобках указано число пачек импульсов одного углового направления.

Рис. 1 Радиальные скорости

Рис. 2 Радиальные скорости

На Рис.3 – Рис.4 показаны те же зависимости для ширины спектра помех 90 Гц. Для выбранных параметров вобуляции и достаточно низкой ВЛТ от помех с широким спектром обработка одной пачки импульсов с двумя параметрами вобуляции (5) неэффективна. В этом случае невозможно добиться одновременно хорошей видимости целей, движущихся с разными радиальными скоростями, из-за провалов на вероятностно-частотной характеристике (зависимость вероятности обнаружения от частоты Доплера, ВЧХ), обусловленных увеличенными ЧП.

Рис. 3 Радиальные скорости

193 Рис. 4 Радиальные скорости

При уменьшении мощности до уровня пороговых сигналов 12 дБ значения радиальных скоростей обнаруживаемых целей в зависимости от алгоритма (кроме ПЧМ сигнала) увеличиваются на 20…50 м/с.

На Рис.5 – На Рис.6 показаны зависимости пороговых отношений «сигнал/шум» OSH (пороговых сигналов, ОСШ) от частоты Доплера

Fd

для рассмотренных алгоритмов обнаружения с ЧП.

Под пороговым ОСШ понимается такое ОСШ, при котором вероятность обнаружения в рассматриваемых алгоритмах равняется 0,5.

Рис. 5 Пороговые отношения сигнал/шум

Из Рис.5 – Рис.6 видно, что пороговые сигналы убывают с ростом частоты Доплера до значения, соответствующего оптимальной скорости движения (для первого параметра вобуляции, определяющего максимальное значение однозначной оценки частоты Доплера). Для больших значений частоты Доплера имеет место зеркальное отражение полученных зависимостей. Убывающий характер зависимостей определяет уменьшение потерь в обнаружении за счѐт скоростной селекции и наоборот.

Рис. 6 Пороговые отношения сигнал/шум

V.

О

БСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Обобщая результаты проведѐнных исследований, можно отметить, что обработка нескольких пачек импульсов по алгоритму НН-ЧП по сравнению с тем же алгоритмом для одной пачки с относительно узкой ВЧХ даѐт существенный выигрыш в обнаружении «тихоходных» целей. Напротив, для алгоритмов НН-ЧП, позволяющих получить более широкую ВЧХ (два или три ЧП, два параметра вобуляции), охватывающую диапазон радиальных скоростей

«тихоходных» и скоростных целей, наращивание алгоритма при помощи дополнительной обработки большего числа пачек импульсов даѐт менее значительный выигрыш.

Дальнейшее усложнение алгоритмов (3)-(5) ввиду меньшего прироста выигрыша в обнаружении

«тихоходных» целей кроме усложнения алгоритмов практически уже ничего не даѐт.

Полученные результаты по улучшению характеристик обнаружения «тихоходных» целей можно считать хорошими, поскольку диапазон радиальных скоростей целей, которые могут быть обнаружены, значительно расширен и в зависимости от мощности сигнала, алгоритма охватывает диапазон однозначных оценок скорости 80…625 м/с. Данный диапазон перекрывает диапазон радиальных скоростей большинства практически интересных типов целей (самолѐтов, вертолѐтов, относительно скоростных беспилотных летательных аппаратов). Корректировка формы ВЧХ обеспечивается варьированием параметров вобуляции, которые выбираются для задач обнаружения тех или иных типов целей.

Вопрос о продолжении исследований по дальнейшему смещению нижней границы радиальных скоростей обнаруживаемых целей к верхней границе радиальных скоростей ТПП можно оставить частично открытым. Задача обнаружения целей, радиальные скорости движения которых близки или совпадают с радиальными скоростями помех, усложняется. В этом случае скорость движения перестаѐт быть основным информативным признаком для функционирования алгоритма обнаружения, требуется

194 неизбежное комплексное использование других отличительных признаков и дополнительных мер.

Таким образом, по результатам проведенного исследования получены количественные оценки нижней границы радиальной скорости целей, которые при ВЛТ от ТПП, равной

10

^2, и основном параметре вобуляции, равном 40 мкс, определяющим максимальное значение однозначной оценки частоты Доплера, могут быть обнаружены с помощью алгоритмов НН-ЧП с вероятностью 0,5.

Результаты моделирования показали, что наиболее эффективным по величине минимальной радиальной скорости обнаруживаемой цели при применении одной пачки импульсов и ширине доплеровского спектра помех до 40 Гц является алгоритм с тремя частотными порогами (4), который при мощности сигнала 15…30 дБ позволяет обнаруживать цели, движущиеся со скоростью 220…120 м/с. При этом отсутствует ухудшение видимости более скоростных целей и обеспечивается номинальная ВЛТ от

«ангелов».

При ширине спектра помех до 90 Гц видимость целей, движущихся с радиальной скоростью менее 300 м/с, можно обеспечить при обработке по алгоритму НН-ЧП 2-х-3-х пачек импульсов. При этом наименьшие значения радиальных скоростей обнаруживаемых целей при мощности сигнала 15…30 дБ соответствуют алгоритму НН-ЧП для пачки из 4-х импульсов с двумя параметрами вобуляции и составляют при ширине спектра помех 40 Гц (максимальная скорость ветра и неоднородностей атмосферы – 50 м/с):

 2 пачки: 150…80 м/с;

 3 пачки: 120…80 м/с;

при ширине спектра помех 90 Гц:

 2 пачки: 170…80 м/с;

 3 пачки: 125…80 м/с;

Кроме этого установлено, что для всех рассмотренных алгоритмов с ЧП практически полную независимость характеристик обнаружения

«тихоходных» целей от ширины спектра помех можно обеспечить при обработке трѐх пачек импульсов и при обработке любого числа ПЧМ сигналов.

Результаты по величине минимальной радиальной скорости обнаруживаемых целей при обработке нескольких пачек импульсов для алгоритма с двумя и тремя частотными порогами (3)-(4) близкие. Эти алгоритмы незначительно выигрывают у алгоритма для пачек импульсов с одним частотным порогом (2) и несколько уступают алгоритму для пачки с двумя параметрами вобуляции (5).

С учѐтом полученных результатов и из-за относительной вычислительной сложности алгоритмы с несколькими частотными порогами (3)–(4) при межпачечной обработке не рекомендуются, их практически без потерь в эффективности можно заменить алгоритмами с одним частотным порогом (2).

Добиться более равномерной в области среднескоростных целей зависимости порогового ОСШ от частоты Доплера при применении алгоритма НН-ЧП для одной пачки с двумя параметрами вобуляции (5) можно, выбрав меньшее значение второго параметра вобуляции, а также ослабив требования к ВЛТ. Второе условие мы не рассматриваем, поскольку сравниваются алгоритмы, обеспечивающие одинаковый уровень ВЛТ от «ангелов». В первом случае выравнивание этой зависимости приведѐт к ухудшению видимости «тихоходных» целей. Следует заметить, что требование монотонности полученной зависимости (особенно для одной пачки импульсов) не является критичным, поскольку для алгоритма (5) кроме оценивания ОСШ исследовалась возможность дальнейшего расширения диапазона радиальных скоростей обнаруживаемых целей к зоне помех.

При обработке 1…3 ПЧМ сигналов по алгоритму НН-ЧП также можно существенно улучшить характеристики обнаружения малоскоростных целей, однако по величине пороговых сигналов относительно обработки пачек ЛЧМ импульсов такое сравнение не является равноценным.

Обобщая полученные результаты по значениям минимальных радиальных скоростей для всех алгоритмов при ширине спектра помех 40 Гц, можно отметить:

 для одной пачки импульсов вместо НН-ЧП с двумя параметрами вобуляции (5) можно применять алгоритм с двумя ЧП (3).В этом случае радиальные скорости обнаруживаемых целей (кроме пороговых сигналов за счѐт накопления разного числа импульсов) имеют близкие значения;

 вместо алгоритма НН-ЧП для 2-х пачек импульсов (2) можно использовать алгоритм с тремя ЧП (4).

В первом случае можно уменьшить число обрабатываемых импульсов, а во втором – число обрабатываемых пачек.

Предлагаемые алгоритмы обнаружения с ЧП для нескольких пачек импульсов, излучѐнных в одном угловом направлении, в условиях ограниченного временного баланса, как уже отмечалось выше, могут успешно применяться при обработке пачек смежных лучей при сканировании ДНА.

VI.

В

ЫВОДЫ

Настоящая статья дополняет и обобщает цикл исследований, посвящѐнных разработке и изучению эффективности алгоритмов обнаружения с частотными порогами для пачек с небольшим числом импульсов. По результатам проведѐнных исследований сделаны основные качественные и количественные результаты, приведены рекомендации по применению алгоритмов обнаружения.

Решена компромиссная задача уменьшения потерь обнаружения как скоростных, так и целей, движущихся с малыми радиальными скоростями, при надѐжной защите от помех.

Основное заключение, которое можно сделать на основе исследований, проведѐнных автором в предыдущих работах:

195

 уменьшение ЧП (повышение характеристик обнаружения «тихоходных» целей соответственно) и его независимость от ширины спектра помех возможны только при увеличении числа пачек импульсов, обрабатываемых по алгоритму НН-ЧП (до 2-х–3-х), или при использовании пачечных сигналов, частным случаем которых являются сигналы с периодической ЧМ. Для одной пачки импульсов эффективным является использование алгоритмов с комбинированной внутрипачечной обработкой.

Основные новые результаты:

 при применении одной пачки из 3-х импульсов при ширине доплеровского спектра помех до 40 Гц по величине минимальной радиальной скорости наиболее предпочтительно применение алгоритма обнаружения с тремя частотными порогами, который при мощности сигнала 15…30 дБ позволяет обнаруживать цели, движущиеся с радиальными скоростями 220…120 м/с;

 при ширине спектра помех до 90 Гц наименьшие и практически не зависящие от ширины спектра помехи радиальные скорости обнаруживаемых целей обеспечиваются в алгоритме НН-ЧП для пачки из 4-х импульсов с двумя параметрами вобуляции (40 мкс и 120 мкс), для которого в зависимости от мощности сигнала для 2-х–3-х пачек импульсов величина последних составляет 170…80 м/с и 125…80 м/с соответственно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Справочник по радиолокации / под ред. М. Сколника. Т.1. – М.:

Советское радио, 1979, С. 256–259.

[2] Бакулев, П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей / П.А. Бакулев, В.М. Степин. – М.: Радио и связь, 1986.

– 288 с.

[3] Черников, А.А. Радиолокационные отражения от ясного неба / А.А. Черников. – Лениград: Гидрометеоиздат, 1979. – 41 с.

[4] Лозовский И. Ф. Защита РЛС обзора от точечных помех, монография.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014.

[5] Зюкин, В.Ф. Потенциальные возможности по селекции в обзорных РЛС трасс целей при наличии дискретных (целеподобных) мешающих отражений / В.Ф. Зюкин, Д.А.

Гриб, А.А. Гризо // Системи обробки інформаціі, 2007. – Вип.

1. – С. 44 – 47.

[6] Лозовский И. Ф. Эффективность частотного порога при разностно-временном подавлении точечных движущихся

помех. XI Междунар. Конф. «Радиолокация, навигация, связь», т. 3, – Воронеж: 2005.

[7] Елагина К.А. Эффективность обнаружителей сигналов в условиях точечных пассивных помех / К.А. Елагина // Вестник Концерна ПВО Алмаз-Антей. – 2016. – №1. – С. 69 – 75.

[8] Елагина К.А.Обнаружение некогерентной пачки импульсов в условиях воздействия отражения от «ангелов» и несинхронных сигналов / К.А.

Елагина, И.Ф. Лозовский // Материалы VIIВсерос. науч.-практ. конф.

«Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем», Ульяновск, 22-23 сентября 2011 г. – С. 46 – 49.

[9] Елагина, К.А. Обнаружение некогерентной пачки импульсов в условиях разного вида помех / К.А.Елагина, И.Ф.Лозовский // Вестник воздушно-космической обороны. – 2014. – №3. – С. 97 – 101.

[10] Аксельрод Г.З.Применение сигналов с пилообразной ЧМ / Г.З.

Аксельрод, К.А. Елагина // Материалы ХVIII Всерос. науч.-техн. конф.

«Современные проблемы радиоэлектроники». Красноярск, 6-7 мая 2015 г.: Изд-во Сиб. федер. ун-та, 2015. Т.1. – С. 45–50.

[11] Елагина К.А. Алгоритм обнаружения в условиях помех «АНГЕЛ- ЭХО»/ К.А. Елагина // Материалы ХVIII Всерос. науч.-техн. конф.

«Современные проблемы радиоэлектроники». Красноярск, 6-7 мая 2015 г.: Изд-во Сиб. федер. ун-та, 2015. Т.1. – С. 40–45.

[12] Елагина К.А. Эффективность обработки пачек импульсов в смежных лучах ДНА в условиях «Ангел-эхо» / К.А.Елагина // Материалы XIII Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП – 2016). Новосибирск, 3 – 6 октября 2016 г.:

Изд-во Новосиб. госуд. техн. ун-та, 2016. Т.12. – С. 19 – 23.

[13] Елагина К.А.Обнаружитель сигналов в условиях точечных пассивных помех с двумя скоростными порогами / К.А. Елагина //// Труды XVIIIВсерос. науч.-техн. конф. «Наука. Промышленность. Оборона».

Новосибирск, 19-21 апреля 2017 г.: Изд-во Новосиб. госуд. техн. ун-та, 2017. Т.2 – С. 245 – 249.

Елагина Ксения

Александровна, к.т.н, младший научный сотрудник

АО «НПО НИИИП-НЗиК», г. Новосибирск.

E-mail: ksenia_elagina@mail.ru Область научных интересов:

цифровая обработка и обнаружение сигналов в радиолокационных системах.

No documento TECHNICAL CONFERENCE ON ACTUAL PROBLEMS OF ELECTRONIC INSTRUMENT (páginas 188-198)