Підвищення ефективності імпульсно-доплерівських радіолокаційних станцій в умовах інтенсивної радіопротидії

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

УДК 621.391.828

Автореферат

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення ефективності імпульсно-доплерівських радіолокаційних станцій в умовах інтенсивної радіопротидії

05.12.17- Радіотехнічні та телевізійні системи

Залевський Олексій Павлович

Харків -2012

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Запорізькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Піза Дмитро Макарович Запорізький національний технічний університет, Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України директор інституту Інформатики та радіоелектроніки,завідувач кафедри радіотехніки та телекомунікацій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Карташов Володимир Михайлович Харківський національний університет радіоелектроніки Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України завідувач кафедри радіоелектронних систем

кандидат технічних наук, доцент Климченко Василь Йонович Науковий центр Повітряних Сил Харківського університету Повітряних Сил ім. І.Кожедуба, Міністерства оборони України доцент кафедри озброєння радіотехнічних військ

Захист відбудеться 16 травня 2012 р. о 15.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, просп. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, просп. Леніна, 14.

Автореферат розісланий “12” квiтня 2012року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Безрук В.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасні військові конфлікти за участю авіації та протиповітряної оборони характеризуються широким застосуванням засобів радіоелектронної протидії. Особливо широке застосування одержала тактика використання комбінованих завад для захисту одиночних та групових цілей. Вона полягає в одночасному впливі на радіолокаційні станції (РЛС) активних та пасивних завад, постановка яких відбувається безпосередньо цілями або постановниками завад. Для захисту від впливу комбінованих завад в РЛС використовують комбіновані системи завадозахисту. Суттєвий внесок у розвиток теорії завадозахисту внесли Я.Д. Ширман, С.І. Красногоров, Д.І. Леховицький, Ю.Г. Абрамович, Б. Уідроу, Ф.М. Вудворд. Однією з найбільш розповсюджених РЛС із комбінованою системою завадозахисту є РЛС 36Д6. У ній система завадозахисту являє собою послідовне з'єднання просторового (поляризаційного) та часового фільтра. Така структура побудови призводить до появи впливу першого фільтра на наступний. В РЛС 36Д6 зниження впливу роботи поляризаційного фільтра на часовий при впливі комбінованих завад досягається шляхом застосування режиму міжпачкової адаптації вагового коефіцієнта в автокомпенсаторі завад. Однак інтерференція завадових сигналів при скануванні антенної системи призводить до зміни міжканальних співвідношень на виходах основного та додаткового каналів, що знижує ефективність придушення активної складової. Питання впливу інтерференції завадових сигналів на роботу системи завадозахисту оглядових імпульсно-доплерівських РЛС досить мало освітлено у літературі. Хоча явище інтерференції є досить розповсюдженим, особливо, якщо РЛС є мобільною, до яких відноситься РЛС 36Д6, та місце її розташування може знаходитись на недалекій відстані від множини об'єктів, що відбивають завадові сигнали.

Ще одним фактором, що знижує ефективність придушення активних завад, є вузький динамічний діапазон роботи просторового (поляризаційного) фільтра. З іншого боку, сучасні засоби радіопротидії дозволяють створювати досить потужні активні завади, потужність яких може перевищувати динамічний діапазон приймальних каналів РЛС. Тому задача розширення динамічного діапазону роботи РЛС та, зокрема її системи завадозахисту є актуальною.

Враховуючи сучасні тенденції ринку озброєння до попиту на мобільні, надійні, ефективні та недорогі РЛС, станція 36Д6 і на сьогоднішній день є досить затребуваною. Модернізація її системи завадозахисту з метою підвищення ефективності виділення корисних сигналів на тлі комбінованих та потужних активних завад є завданням досить актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота тісно пов'язана з держбюджетними темами ДБ 05813 "Створення та дослідження алгоритмів просторово-(поляризаційно-) часової обробки сигналів у радіотехнічних системах в умовах впливу комбінованих завад" (номер державної реєстрації 0103U000108, 2005 р.) та ДБ03916 "Дослідження алгоритмів обробки сигналів в умовах інтенсивної радіопротидії з урахуванням неідеальності каналів передачі та приймання" (номер державної реєстрації 0106U000368, 2008 р.) у Запорізькому національному технічному університеті, а також тематичними планами робіт казенного підприємства науково-виробничого комплексу (НВК) "Іскра". При роботі над обома темами автор брав участь в якості виконавця.

При виконанні науково-дослідних робіт автором були створені багатопараметричні моделі сигнально-завадового оточення, моделі просторово- (поляризаційно-) часового та часово-просторового (-поляризаційного) фільтрів для досліджень ефективності існуючих і синтезованих алгоритмів фільтрації, апаратура реєстрації та банк сигналів та завад, зареєстрованих в реальних умовах.

Мета та завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності роботи системи завадозахисту імпульсно-доплерівських РЛС, що працюють в умовах впливу комбінованих завад та активних завад з високою енергетикою.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі були розв'язані наступні завдання:

1. Дослідження впливу інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи на роботу просторових та поляризаційних фільтрів комбінованих систем завадозахисту.

2. Дослідження впливу нелінійності характеристик приймальних каналів РЛС на ефективність роботи просторових та поляризаційних фільтрів.

3. Синтез алгоритму роботи та структурної схеми комбінованої системи завадозахисту з підвищеною ефективністю придушення активної складової комбінованої завади та розширеним динамічним діапазоном роботи.

4. Проведення аналізу можливості практичної реалізації синтезованої системи завадозахисту РЛС та надання практичних рекомендацій для її реалізації.

5. Виконання напівнатурного моделювання, а також експериментальної оцінки ефективності розробленої системи завадозахисту та порівняння її з показниками “штатної” системи РЛС 36Д6.

Об'єкт дослідження - процес придушення комбінованої завади та активної завади з високою енергетикою в РЛС.

Предмет дослідження - способи побудови та алгоритми роботи систем завадозахисту РЛС.

Методи дослідження - поставлені завдання вирішувалися за допомогою статистичних методів радіотехніки й радіолокації, теорії матриць, теорії імовірності, а також методами спектрального аналізу. Для одержання кількісних оцінок і перевірки теоретичних результатів було застосовано метод напівнатурного моделювання та експериментального дослідження.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці нового способу вирішення актуального завдання забезпечення завадостійкості імпульсно-доплерівських РЛС, який на відміну від існуючих дозволяє більш ефективно виділяти корисні сигнали на тлі комбінованих завад та активних завад з високою енергетикою. При цьому отримані наступні наукові результати:

1. Вперше кількісно оцінено вплив інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи на роботу просторового та поляризаційного фільтрів, що дозволило більш якісно оцінити ефективність роботи системи завадозахисту РЛС.

2. Запропоновано новий спосіб часово-просторової фільтрації та досліджено його ефективність, який заснований на введенні в часові (доплерівські) фільтри просторового (поляризаційного) фільтра, що дозволяє ефективно придушувати активну складову комбінованої завади в умовах інтерференції завадових сигналів.

3. Вперше запропоновано спосіб структурної адаптації системи завадозахисту, яка на відміну від існуючих змінює її структуру побудови залежно від завадового оточення, і дозволяє підвищити ефективність виділення корисних сигналів в умовах впливу комбінованих завад та інтерференції завадових сигналів.

4. Запропоновано модифікований алгоритм параметричної адаптації, що дозволяє розширити динамічний діапазон роботи просторово -(поляризаційно-) часового фільтра.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

1.Синтезована система завадозахисту, що дозволяє підвищити завадозахищеність імпульсно-доплерівських РЛС, що працюють в умовах впливу комбінованих завад та активних завад з високою енергетикою.

2. Експериментально підтверджена ефективність розробленої системи завадозахисту в умовах впливу комбінованих завад. Виграш у відношенні сигнал/(завада+шум) при використанні синтезованої системи відносно “штатної” при її міжпачковій адаптації на інтервалах, де активна завада перевищує пасивну, досягає 5дБ, на інтервалах, де пасивна складова значно перевищує активну виграш досягає 15дБ. Значно розширено динамічний діапазон роботи відносно “штатної” системи РЛС 36Д6.

3. Результати дисертаційної роботи впроваджені у НДР ЗНТУ, а також НВК “Іскра”, що підтверджується трьома актами. Розроблена система завадозахисту готова до впровадження, як при модернізації існуючих імпульсно-доплерівських РЛС, так і при розробці нових.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати, що наведені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. В роботах, опублікованих у співавторстві, автором у [1] проведено розрахунок залежності відношення сигнал/завада від поляризаційних відмінностей сигналів та завад; у [2] проведено оцінку впливу обмеження вагових коефіцієнтів поляризаційного фільтра на ефективність фільтрації сигналів; в роботах [3], [5] проведено оцінку впливу нелінійності характеристик приймальних каналів на ефективність придушення активних завад; у роботах [4], [6], [7] створено математичні моделі сканування антенної системи з врахуванням інтерференції завадових сигналів; у роботі [8] створені математичні моделі просторово-часової та часово-просторової схеми побудови системи завадозахисту та проведено порівняльну оцінку ефективності роботи обох варіантів побудови; в роботі [9] запропоновано схему структурної адаптації системи завадозахисту; в [10], [11] запропоновано часово-просторовий спосіб побудови системи завадозахисту РЛС та схему пристрою контролю коефіцієнта придушення завад; в [12] запропоновано структурну схему імпульсного радіолокатора; в [13-15] запропоновано структурну схему пристрою та спосіб захисту когерентно-імпульсних РЛС від комбінованих завад.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та підсумки досліджень по темі дисертації доповідалися на: 1-ій науково-технічній конференції Харківського університету повітряних сил 16-17 лютого 2005 року, міжнародному симпозіумі IRS 2005, який проходив у Берліні 6-8 вересня 2005 р., 2-ому міжнародному радіоелектронному форумі “Прикладна електроніка. Стан і перспективи розвитку” (МРФ'2005) 19-23 вересня в Харкові, IV міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми та досягнення в області радіотехніки, телекомунікацій та інформаційних технологій” у Запорізькому національному технічному університеті 24-26 вересня 2008 року, 15-ому ювілейному міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка й молодь в XXI столітті” у Харківському національному університеті радіоелектроніки в 2011 році.

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 15 наукових праць, з них: 4 статті у відкритих спеціалізованих виданнях МОН молоді та спорту України, тези доповідей на 5 конференціях, 6 патентів. Матеріали дисертаційних досліджень використані при написанні звітів по науково-дослідних роботах 0103U000108 та 0106U000368.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Загальний обсяг роботи - 143 сторінки тексту, які містять 46 малюнків, список використаних джерел з 117 найменувань на 11 сторінках, 3 додатка на 3 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета, завдання, предмет та об'єкт досліджень, методи досліджень, наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, зв'язок з науковими програмами й планами, а також анотація розділів дисертаційної роботи.

У першому розділі дисертації проведений огляд існуючих способів захисту імпульсно-доплерівських РЛС від активних, пасивних і комбінованих завад. У якості прототипу для досліджень за основу взята система завадозахисту РЛС 36Д6, яка є конкурентноспроможною на міжнародному ринку озброєння. Завдання підвищення завадозахищеності станцій такого типу є досить актуальним на сьогоднішній день. В першому розділі показано, що для захисту РЛС від комбінованих завад використовують комбіновані системи завадозахисту. Розглянуто два варіанти побудови таких систем, зокрема просторово - (поляризаційно-) часовий, який використано у РЛС 36Д6, та альтернативний - часово-просторовий (-поляризаційний). В обох варіантах просторовий (поляризаційний) фільтр є адаптивним та в якості елемента адаптації в ньому використовується автокомпенсатор завад. У якості часового фільтра використовується набір фазових (доплерівських) фільтрів. Особливістю часово-просторового (поляризаційного) варіанта побудови є те, що адаптивна фільтрація проводиться для кожного фазового фільтра. У даному розділі проаналізовані переваги та недоліки цих варіантів побудови системи завадозахисту. Проведено аналіз реальних факторів, що впливають на ефективність роботи системи завадозахисту. До таких факторів впливу відноситься рознесення антен основного і додаткового приймальних каналів та інтерференція завадових сигналів при скануванні антенної системи РЛС. Ще одним фактором, від якого залежить ефективність роботи системи завадозахисту, є обмежений динамічний діапазон приймальних каналів адаптивних фільтрів.

Показано, що для підвищення ефективності імпульсно-доплерівських РЛС, які працюють в умовах інтенсивної радіопротидії, необхідно синтезувати нову систему завадозахисту з більш високими показниками. Для цього необхідно оцінити вплив: інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи та рознесення антен основного і додаткового каналів на ефективність роботи просторово- (поляризаційно-) часового та часово-просторового (- поляризаційного) варіанта побудови системи завадозахисту; провести порівняльний аналіз ефективності роботи обох варіантів їх побудови при впливі комбінованих завад; оцінити вплив обмеження динамічного діапазону адаптивного фільтра на ефективність придушення активної завади.

У другому розділі проведено аналіз впливу рознесення фазових центрів антен та інтерференції завадових сигналів на роботу системи захисту РЛС від активних завад комбінованої системи завадозахисту.

Оцінку рознесення фазових центрів антен проведено розрахунковим способом. За умови впливу на просторовий фільтр активної завади, з матрицею розмірністю , де n визначає кількість періодів повторення зондуючих імпульсів в одній частотній пачці, а m - кількість дискретів дальності в одному періоді повторення. Міжканальний фазовий набіг, що характеризується діагональною матрицею , розмірністю . Елементи матриці - залежать від: рознесення фазових центрів антен основного та додаткового каналів d, темпу сканування антенної системи х, періоду повторення Т_п та визначаються формулою:

,(1)

при умові дії постановника завад з дальності R та довжині хвилі л несучого коливання. При цьому величина вагового коефіцієнта адаптивного фільтра в і-ому періоді повторення визначається як:

(2)

де E{} -математичне очікування, *-операція Ермітового спряження. Рівень флуктуацій фази вагового коефіцієнта за частотну пачку характеризується його середньоквадратичним відхиленням (СКВ).

Вплив інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи було оцінено шляхом розрахунку СКВ амплітуди та фази вагових коефіцієнтів адаптивного фільтра протягом частотної пачки. Розрахунок було проведено за допомогою експериментально отриманих даних в різних режимах роботи РЛС 36Д6 для просторового та поляризаційного фільтрів.

На рис. 1 та 2 наведено, отримані залежності СКВ фази та амплітуди вагового коефіцієнта при внутріпачковій адаптації автокомпенсатора завад від рівня активної завади при різних темпах сканування антенної системи та тривалості періоду повторення зондуючих імпульсів РЛС 36Д6. Аналіз результатів рис.1 та 2 показує, що рівень флуктуацій вагового коефіцієнта просторового (поляризаційного) фільтра протягом частотної пачки залежить від темпу сканування антенної системи (6 та 12 об/хв.) та тривалості періоду повторення зондувальних імпульсів(частий, рідкий, зверхрідкий).

Рисунок 1 - Графіки залежності СКВ фази вагових коефіцієнтів від відношення завада/власний шум (просторовий фільтр, усереднено по 30 реалізаціях)

Рисунок 2 - Графіки залежності СКВ амплітуди вагових коефіцієнтів від відношення завада/власний шум (суцільна лінія - просторовий фільтр, пунктирна лінія - поляризаційний фільтр, усереднено по 30 реалізаціях)

Також слід відмітити, що в результаті проведеного аналізу, було додатково виявлено, що рівень флуктуацій вагового коефіцієнта в просторовому фільтрі вище, ніж у поляризаційному. Це пояснюється меншим впливом інтерферуючих променів у напрямі головної пелюстки діаграми спрямованості РЛС.

Сигнали на виході адаптивного фільтра, які характеризуються матрицею за умови впливу комбінованої завади, визначаються виразом:

(3)

де - матриця пасивних завад, розмірністю , тієї ж розмірності матриці власних шумів основного та додаткового каналів -,; матриці - матриці розмірністю , визначають зміну міжканальних співвідношень, які обумовлені інтерференцією та рознесенням фазових центрів антен, при скануванні антенної системи(==E). Розмірність матриці вагових коефіцієнтів, що є діагональною, . Кожен її діагональний елемент визначає ваговий коефіцієнт в кожному i-ому періоді повторення частотної пачки. З одного боку, його зміна протягом частотної пачки відносно першого періоду зондування є логічною реакцією на зміну міжканальних співвідношень амплітуд і фаз завади в приймальних каналах РЛС, з погляду компенсації активної завади:

при (4)

де - діагональна матриця вагових коефіцієнтів, діагональні елементи якої дорівнюють значенню вагового коефіцієнта у першому періоді зондування, її розмірність . З іншого боку - зміна вагового коефіцієнта приводить до модуляції пасивної складової комбінованої завади , що обмежує ефективність системи селекції рухомих цілей при просторово-(поляризаційно-) часовому способі побудови.

Для виключення такого впливу на спектр пасивної складової завади у РЛС 36Д6 використовується режим міжпачкової адаптації вагового коефіцієнта у поляризаційному фільтрі (). Тому наступним аспектом досліджень була оцінка ефективності роботи поляризаційного фільтра при міжпачковій адаптації та оцінка ефективності при можливості застосування такого режиму для просторового фільтра. Для порівняння досліджено ефективність використання як міжпачкової, так і внутріпачкової адаптації для обох фільтрів у різних режимах роботи РЛС.

Ефективність придушення активної завади була оцінена за допомогою коефіцієнта придушення К_п у кожному режимі роботи РЛС та результат такої оцінки наведений на рис.3 для просторового та 4 для поляризаційного фільтра (перший стовпець - внутріпачкова, другий стовпець - міжпачкова адаптація). Проведений аналіз рис.3 показав, що ефективність придушення активної завади К_п просторовим фільтром в умовах інтерференції завадових сигналів вище у випадку використання внутріпачкової адаптації. При використанні міжпачкової адаптації поляризаційного фільтра втрати в коефіцієнті придушення (див.рис.4) набагато менші, що обумовлено меншим впливом інтерференції в напрямі головного променя діаграми спрямованості антени.

Рисунок 3 - Коефіцієнт придушення активної завади К_п на виході просторово-часового фільтра для різних тривалостей періодів повторення та темпів сканування антенної системи (усереднено по 10 реалізаціях)

Рисунок 4 - Коефіцієнт придушення активної завади К_п на виході поляризаційно-часового фільтра для різних тривалостей періодів повторення та темпів сканування антенної системи (усереднено по 10 реалізаціях)

Часово-просторовий (-поляризаційний) спосіб побудови системи завадозахисту виключає вплив роботи просторового (поляризаційного) фільтра на роботу часового фільтра. Матричний вираз (4) описує роботу такої системи при умові позначення матриці сигналів на виході системи -, матриці дискретного перетворення Фур'є -, матриці вагових коефіцієнтів вікна - та матриці вагових коефіцієнтів адаптивного фільтра -:

(5)

На рис.5 наведено графік оцінки ефективності придушення активної завади з врахуванням інтерференції завадових сигналів. Так, слід зазначити, що ефективність придушення активної завади при часово-просторовому (- поляризаційному) способі вище, ніж при використанні просторово- (поляризаційно-) часового способу побудови з міжпачковою адаптацією вагового коефіцієнта, та нижча ніж при внутріпачковій адаптації. Це випливає з порівняльного аналізу рис.3 та 5, оскільки моделювання проводилось за однакових умов. Збільшення ефективності при часово-просторовому способі, відносно просторово-часового з міжпачковою адаптацією пояснюється тим, що при проходженні крізь часовий фільтр сигнали активної завади, що інтерферують, накопичуються протягом частотної пачки та ваговий коефіцієнт просторового (поляризаційного) фільтра розраховується по усередненим значенням. У випадку міжпачкової адаптації в просторово-часовому фільтрі адаптація вагового коефіцієнта проводиться по сигналу завади в одному з періодів повторення, що призводить до більшого розкиду міжканальних значень співвідношення амплітуди і фази та, як наслідок, до зниження ефективності придушення активної складової завади.

Рисунок 5 - Графіки коефіцієнта придушення К_п активної складової завади на виході часово-просторового фільтра з врахуванням інтерференції завадових сигналів (усереднено по 10 реалізаціях)

Ще одним важливим фактором при порівнянні двох способів побудови системи завадозахисту є ефективність придушення активної складової завади за наявності протяжної пасивної складової завади на інтервалах настроювання вагового коефіцієнта просторового фільтра. Для проведення такого порівняльного аналізу було проведене моделювання роботи обох систем з ідентичними параметрами, значенням СКВ власних шумів приймальних трактів, рівним 10 одиницям при аналого-цифровому перетворенні та за умови впливу пасивної завади на всій дистанції дальності. На рис.6 наведені графіки залежності коефіцієнта придушення К_п активної завади від рівня пасивної складової при різних способах побудови системи завадозахисту та різних рівнях активної складової комбінованої завади.

Рисунок 6 - Залежність коефіцієнта придушення активної cкладової завади К_п від рівня пасивної складової (усереднено по 10 реалізаціях)

Аналіз рис.6 показує, що ефективність придушення активної завади у випадку використання часово-просторового (- поляризаційного) фільтра менше залежить від рівня пасивної складової ніж у випадку просторово- (поляризаційно-) часового, тому що для обчислення вагового коефіцієнта автокомпенсатора завад використовується інформація з виходу фазового фільтра, вільного від пасивної складової комбінованої завади. Зменшення ефективності часово-просторового(поляризаційного) фільтра при збільшенні рівня пасивної завади викликана просочуванням сигналів пасивних завад, при їх радіальній швидкості відмінній від нульової Vr=1м/c, крізь бічні пелюстки частотних характеристик доплерівських фільтрів. Таким чином, часово-просторовий (поляризаційний) фільтр має перевагу перед просторово-(поляризаційно-) часовим за наявності інтенсивної пасивної складової завади.

До недоліків роботи обох способів побудови системи завадозахисту відноситься їхня низька ефективність при впливі на РЛС активних завад з високою енергетикою. Проведений аналіз показав, що ефективність придушення активної завади в просторовому (поляризаційному) фільтрі залежить від рівня сигналу на його входах та амплітудних характеристик приймальних каналів.

Залежність ефективності придушення від рівня завади викликана тим, що при більших рівнях завади на входах приймальних каналів, відбувається її нелінійне перетворення, що призводить до міжканальної декореляції та, як наслідок, до зниження ефективності придушення активної завади. На рис.7 наведено залежність коефіцієнта придушення К_п від інтенсивності завади при різних рівнях обмеження в приймальних каналах. Очевидно що, для підвищення ефективності придушення активних завад необхідно забезпечити лінійний режим роботи приймальних каналів системи завадозахисту.

Рисунок 7 - Залежність коефіцієнта придушення завади при різних рівнях обмеження в нелінійних елементах основного та додаткового каналів (параметр А-визначає рівень обмеження у нелінійній характеристиці)

У третьому розділі проведений синтез нової системи завадозахисту. Для оцінки завадозахищеності імпульсно-доплерівських РЛС було проведено порівняння рівня залишків завад на виході просторово-часової схеми (при внутріпачковій адаптації) та часово-просторової схеми за умови впливу комбінованої завади з різними співвідношеннями активної та пасивної складової. На рис.8 наведено рівень залишків завад на виході двох систем завадозахисту, що отримані в ході моделювання. Їх рівень на виході просторово-часового фільтра з внутріпачковою адаптацією див. рис.8(а) визначається згідно виразу:

, (6)

а для часово-просторового фільтра, рис.8(б):

+, (7)

де , - матриці, що характеризують значення вагових коефіцієнтів з врахуванням флуктуацій, обумовлених інтерференцією.

(а) (б)

Рисунок 8 - Залишки комбінованої завади на виході системи завадозахисту для двох способів побудови

Проведений аналіз отриманих результатів показав, що рівень залишків завад залежить від способу(схеми) побудови системи та співвідношення рівня активної та пасивної складової завади. Так, при перевищенні пасивної складової комбінованої завади над активною, досягається більш низький рівень залишків завад на виході часово-просторової (-поляризаційної) схеми, ніж за тих же умов для просторово-часової схеми побудови з міжпачковою адаптацією. У випадку перевищення потужності активної складової над пасивною, менший рівень залишків завад спостерігається на виході просторово-(поляризаційно-) часової схеми побудови з внутріпачковою адаптацією. Тому для збільшення ефективності роботи системи завадозахисту необхідно використовувати структурну адаптацію. На рис.9 наведено запропонований алгоритм структурної адаптації системи завадозахисту.

Рисунок 9 - Алгоритм структурної адаптації системи завадозахисту

Для розширення динамічного діапазону роботи системи завадозахисту було запропоновано схему параметричної адаптації приймальних каналів. З метою розширення діапазону роботи просторового (поляризаційного) фільтра в основний та додатковий приймальні канали були введені синхронно керовані атенюатори. При цьому, для формування керуючих сигналів було запропоновано використовувати інформацію з формувача слідкуючого порога пристрою стабілізації хибних тривог (СРХТ). Таким чином, в результаті проведених досліджень була запропонована структурна та параметрична адаптація системи завадозахисту, що дозволяє зменшити вплив інтерференції завадових сигналів, а також розширити її динамічний діапазон та, в кінцевому рахунку, збільшити ефективність роботи імпульсно-доплерівської РЛС в умовах впливу комбінованих завад та активних завад з високою енергетикою. антенний завадозахист сигнал

Узагальнена структурна схема запропонованої системи завадозахисту має вигляд, наведений на рис.10. До основних елементів системи завадозахисту відносять аналізатор рівня активної та пасивної складової комбінованої завади 4, до якого підключена карта пасивних завад 14. В залежності від рівня складових, аналізатор 4 керує першим та другим комутаторами 5 та 8, відповідно. При перевищенні рівня пасивної складової над активною - комутатор 5, підключає виходи приймальних каналів 3 до входів часового фільтра 7. В якому проводиться фазова фільтрація сигналів основного та додаткового каналів. Після чого інформація надходить на вхід просторового (поляризаційного) фільтра 6, у якому проводиться просторова (поляризаційна) фільтрація. Підключення комутатором 5 виходів приймальних каналів 3 до входу часового фільтра 7 проводиться в кожному періоді повторення поточної частотної пачки на інтервалах дальності, що містять пасивну складову завади. Адаптація вагового коефіцієнта проводиться за інформацією фазового фільтра, вільного від пасивної завади. В інших випадках, коли рівень активної складової перевищує рівень пасивної комутатор 5 підключає виходи основного та додаткового приймальних каналів 3 до входів просторового (поляризаційного) фільтра 6. У цьому фільтрі проводиться придушення активної складової завади та інформація надходить у часовий фільтр 7. Часовий фільтр 7 виконує фазову фільтрацію та когерентне накопичення корисних сигналів та пасивних завад. Потім через другий комутатор 8 інформація надходить на пристрій обчислення модуля 9, у якому відбувається перехід від квадратурних складових сигналів до їхньої амплітуди. Далі проводиться критерійна обробка сигналів у пристрої СРХТ 10. Для одержання інформації про рівень активної завади інформація з формувача плаваючого порога виявлювача надходить на пристрій вибору мінімуму 11, де обирається фазовий фільтр з мінімальним рівнем сигналу. Це необхідно для виключення впливу пасивних завад на роботу схеми параметричної адаптації. Інформація про рівень порога обирається на неробочих ділянках дистанції дальності, де просторовий (поляризаційний) фільтр відключений. Після вибору мінімального значення, його порівнюють в компараторі 12 з порогом, який визначає рівень обмеження завад у приймальних каналах. У випадку його перевищення пристрій керування атенюаторами 13 синхронно збільшує значення загасання в атенюаторах 2 для основного та додаткового каналів.

Також в третьому розділі виконано аналіз можливості практичної реалізації синтезованої схеми завадозахисту.

Рисунок 10 - Структурна схема синтезованої системи завадозахисту

У четвертому розділі проведено опис напівнатурного моделювання роботи “штатної” та синтезованої системи завадозахисту, яке проводилось для порівняльного аналізу їх ефективності роботи. Напівнатурне моделювання було проведено на основі банку даних зареєстрованих сигналів завад. Для формування цього банку даних був спроектований пристрій реєстрації радіолокаційних сигналів на проміжній частоті роботи РЛС 36Д6. Для реєстрації сигналів завад був проведений натурний експеримент із застосуванням постановника активних шумових завад. Мета експерименту полягала у реєстрації завадових сигналів в реальних умовах поширення радіохвиль з врахуванням інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи. Для формування корисних сигналів і комбінованих завад використовувався метод математичного моделювання. На основі змодельованого сигнально-завадового оточення було проведено порівняльну оцінку ефективності синтезованої та “штатної” системи для захисту головного променя діаграми спрямованості антени та від завад, що діють в напрямі головного променя. Для порівняння був обраний загальноприйнятий критерій відношення сигнал/(завада+шум) на виході системи завадозахисту. Експериментально отримані залежності сигнал/(завада+шум) на виході СРХТ з плаваючим порогом при використанні “штатної” та синтезованої системи завадозахисту, наведено на рис. 11.

Рисунок 11 - Залежність сигнал/(завада+шум) на виході системи завадозахисту від рівня пасивної складової комбінованої завади (усереднено по 5 реалізаціях)

Рисунок 12 - Графік залежності коефіцієнта придушення активної завади від її потужності

У порівнянні з режимом міжпачкової адаптації РЛС синтезована схема дозволяє отримати виграш у відношенні сигнал/(завада+шум) до 5дБ на тих інтервалах, де пасивна завада має значно менший рівень ніж активна. На інтервалах, де пасивна значно перевищує активну складову комбінованої завади виграш досягає 15дБ. Виграш досягається за рахунок використання структурної адаптації системи завадозахисту, що дозволяє зменшити рівень завадових сигналів на виході системи завадозахисту та виявляти корисні сигнали з меншими потужностями.

Також було проведено порівняльну оцінку ефективності роботи обох систем завадозахисту при впливі активних завад з високою енергетикою. У якості критерію для порівняння було обрано коефіцієнт придушення активної завади К_п. Результат моделювання впливу активної завади на приймальні канали з нелінійними характеристиками наведено на рис.12. З нього випливає, що при рівнях активної завади, що перевищують 37дБ, коефіцієнт придушення завади “штатною” РЛС значно знижується. Це обумовлено міжканальною декореляцією завад унаслідок нелінійних спотворень. Синтезована система дозволяє значно розширити динамічний діапазон адаптивного фільтра у порівнянні зі “штатною” системою РЛС 36Д6.

Висновки по роботі

У результаті проведених дисертаційних досліджень вирішене актуальне науково-практичне завдання підвищення завадозахищеності імпульсно-доплерівських РЛС при впливі на них комбінованих завад в умовах інтерференції завадових сигналів та активних завад з високою енергетикою, що досягається шляхом використання запропонованих способів та алгоритмів структурної та параметричної адаптації системи завадозахисту РЛС.

Найбільш важливі наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Вперше отримано кількісні оцінки впливу інтерференції завадових сигналів при скануванні антенної системи на роботу просторового (поляризаційного) фільтра для різних режимів роботи РЛС.

2. Запропоновано спосіб часово-просторової (- поляризаційної) фільтрації та досліджена його ефективність. У запропонованому способі побудови системи завадозахисту спочатку виконується доплерівська фільтрація сигналів з наступною просторовою чи поляризаційною фільтрацією в кожному доплерівському каналі.

3. Вперше запропоновано спосіб структурної адаптації системи завадозахисту залежно від завадового оточення, що дозволяє підвищити ефективність виділення корисних сигналів в умовах впливу комбінованих завад.

4. Вперше запропоновано алгоритм параметричної адаптації, що дозволяє забезпечити компенсацію активних шумових завад з високою енергетикою. Значно розширено динамічний діапазон системи завадозахисту відносно “штатної” РЛС 36Д6.

5. Синтезована система завадозахисту дозволяє підвищити завадозахищеність імпульсно-доплерівських РЛС, що працюють в умовах впливу комбінованих та активних завад з високою енергетикою.

6. Експериментально підтверджено ефективність розробленої системи завадозахисту в умовах впливу комбінованих завад. Виграш у відношенні сигнал/(завада+шум) при використанні синтезованої системи відносно “штатної” при її міжпачковій адаптації на інтервалах, де активна завада перевищує пасивну, досягає 5дБ, на інтервалах, де пасивна складова значно перевищує активну, виграш досягає 15дБ.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Пиза Д.М. Особенности адаптации поляризационных фильтров при ограничении весовых коэффициентов [Текст] / Пиза Д.М., Солдатов Б.Т., Залевский А.П. // Радіоелектроніка, інформатика, управління,-2003.№ 2.-с.71-73.

2. Пиза Д.М. Эффективность поляризационной селекции сигналов в радиолокации и связи [Текст] / Пиза Д.М., Залевский А.П., Бондарев Б.Н. // Радіоелектроніка, інформатика, управління,-2004.№ 1.-с.28-31.

3. Піза Д.М. Вплив нелійних спотворень на ефективність роботи адаптивних фільтрів [Текст] / Піза Д.М., Залевський О.П.// Радіоелектроніка, інформатика, управління,-2009.№ 1.-с.30-35.

4. Пиза Д.М. Особенности адаптации пространственных фильтров при воздействии комбинированных помех [Текст] / Пиза Д.М., Залевский А.П.// Радіоелектроніка, інформатика, управління,-2005.№ 1.-с.45-48.

5. Піза Д.М. Вплив нелінійних ефектів на ефективність роботи адаптивних просторових та поляризаційних фільтрів [Текст] / Піза Д.М., Залевський О.П., Бондарев Б.М. // Тези доповідей IV міжнародної науково-праткичної конференції “Cучасні проблеми і досягнення в галузі радіотехніки, телекомунікацій ті інформаційних технологій”, 24-26 вересня 2008, м. Запоріжжя. -с.16-18.

6. Д.М. Пиза Эффективность функционирования пространственных фильтров в условиях воздействия комбинированных помех [Текст]/ Д.М. Пиза, Залевский А.П. // Сборник научных трудов 2-го международного радиоэлектронного форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние развития” (МРФ 2005) 19-23 сентября 2005 года, Харьков - с.196-199.

7. Залевский А.П. Эффективность работы автокомпенсаторов помех при дискретной адаптации весовых коэффициентов [Текст] / А.П. Залевский, Д.М. Пиза // Тези доповiдей Першої науково-технічної конференції Харківського університету Повітряних Сил, 16-17 лютого 2005року, -с.62-63.

8. А. Zalevsky Modeling and Simulation of Complex Signal Processing in Anti-Jamming Radar Systems / А. Zalevsky, P. Zalevsky, D.Piza // International Radar Symposium IRS 2005: междунар. научн.-техн. конф., 06-08 сентября 2005г.: тезисы докладов. - Berlin, Germany, 2005. - P.675-681.

9. Залевский А.П. Структурная адаптация комбинированной системы помехозащиты РЛС [Текст] / А. П. Залевский // Материалы XV международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке” т. 3. -с.193-194.

10. Пат. 48705 Украины, МКI G01S 7/36. Способ компенсации активной составляющей комбинированной помехи / Кононович В.Я., Кукольницкий А.Ф., Залевский А. П., Каспирович А.Г., Мейстер Ю.Л., Денека А.А. -№ u200911296; заявл.06.11.2009; опубл. 10.09.2009, бюл. № 17/2009.

11. Пат. 24118 України, МКI G01S 7/40 (2006.01). Пристрій контролю коефіцієнта заглушення завад / Піза Д. М., Траілін В. Ф., Залевський О. П. -№ u200612748; заявл. 04.12.2006 ; опубл. 25.06.2007, бюл. № 9/2007.

12. Пат. 24135 України, МКI G01S 7/36. Імпульсний радіолокатор / Піза Д. М, Залевський О. П. -№u200613406; заявл.18.12.2006; опубл. 25.06.2007, бюл. № 9/2007.

13. Пат. 25917 України, МКI G01S 7/36. Цифровий автокомпенстор / Піза Д. М, Залевський О. П. -№ u200704463; заявл. 23.04.2007; опубл. 27.08.2007, бюл. № 13/2007.

14. Пат. 26490 України, МКI G01S 7/36. Поляризаційний пристрій заглушення завад / Піза Д. М., Залевський О. П. -№ u200705115; заявл. 10.05.2007; опубл. 25.09.2007, бюл. № 15/2007.

15. Пат. 59472 України, МКI G01S 7/36. Спосіб захисту когерентно-імпульсної радіолокаційної станції від комбінованих завад / Піза Д. М, Залевський О. П., Рудик О.В. -№ u201100064; заявл. 04.01.2011; опубл. 10.05.2011, бюл. № 9/2011.

Анотація

Залевський О.П. Підвищення ефективності імпульсно-доплерівських РЛС в умовах інтенсивної радіопротидії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.12.17 - радіотехнічні й телевізійні системи. Харкiвський нацiональний унiверситет радioелектронiки. Харкiв. 2012. -Рукопис.

У результаті проведених дисертаційних досліджень вирішене актуальне науково-практичне завдання підвищення завадозахищеності імпульсно-доплерівських РЛС при впливі на них комбінованих завад в умовах інтерференції завадових сигналів та активних завад з високою енергетикою, що досягається шляхом використання запропонованих способів та алгоритмів структурної та параметричної адаптації системи завадозахисту РЛС.

Розглянуто два способи побудови системи завадозахисту: просторово (поляризаційно)-часовий та часово-просторовий (поляризаційний). Проведено порівняльний аналіз їх ефективності роботи при впливі комбінованих завад та інтерференції завадових сигналів. Для підвищення ефективності роботи штатної системи завадозахисту РЛС 36Д6 запропонована схема структурної адаптації системи завадозахисту до завадового оточення. З метою розширення динамічного діапазону роботи системи завадозахисту запропонована схема параметричної адаптації просторового(поляризаційного) фільтра.

Проведено експериментальну оцінку показників ефективності роботи синтезованої системи завадозахисту та “штатної” системи РЛС 36Д6. Показано, що виграш у ефективності синтезованої системи завадозахисту перед “штатною” у режимі її міжпачкової адаптації при значному перевищенні активної складової над пасивною досягає 5 дБ, при перевищенні пасивної над активною складовою комбінованої завади виграш досягає 15 дБ. При цьому у синтезованій системі завадозахисту значно розширено динамічний діапазон відносно РЛС 36Д6, що забезпечує її роботу в умовах інтенсивної радіопротидії.

Ключові слова: адаптація, комбінована завада, просторово- (поляризаційно)-часовий фільтр, часово-просторовий (-поляризаційний) фільтр, ефективність системи завадозахисту, нелінійність, динамічний діапазон.

Аннотация

Залевский А.П. Повышение эффективности импульсно-доплеровских РЛС в условиях интенсивного радиопротиводействия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. Харьковский национальный университет радиоэлектроники. Харьков. 2012. -Рукопись.

В результате проведенных диссертационных исследований решена актуальная научно-практическая задача повышения помехозащищенности импульсно-доплеровских РЛС при воздействии на них комбинированных помех в условиях интерференции помеховых сигналов и активных помех с высокой энергетикой, достигается путем использования предложенных способов и алгоритмов структурной и параметрической адаптации системы помехозащиты РЛС.

Рассмотрено два способа построения системы помехозащиты: пространственно (поляризационно)-временной и время-пространственный (поляризационный). Проведен сравнительный анализ их эффективности работы при воздействии комбинированных помех с учетом интерференции помеховых сигналов. Для повышения эффективности работы штатной системы помехозащиты РЛС 36Д6 предложена схема структурной адаптации в зависимости от помеховой обстановки.

Проведено исследование эффективности подавления активных помех в пространственном (поляризационном) фильтре в условиях интенсивного радиопротиводействия. Показано, что снижение эффективности подавления помех вызвано нелинейными искажениями, которые возникают при ограничении помеховых сигналов в приёмных трактах. С целью расширения динамического диапазона работы системы помехозащиты предложена схема параметрической адаптации пространственного (поляризационного) фильтра.

Проведена экспериментальная оценка показателей эффективности работы синтезированной системы помехозащиты и “штатной” системы РЛС 36Д6. Показано, что выигрыш в эффективности работы синтезированной схемы по сравнению со “штатной” РЛС 36Д6 в режиме её межпачечной адаптации при значительном превышении активной составляющей над пассивной достигает 5 дБ, при значительном превышении пассивной составляющей над активной выигрыш достигает 15 дБ. Показано, что динамический диапазон синтезированной схемы значительно расширен относительно диапазона работы РЛС 36Д6, что обеспечивает её работу в условиях интенсивного радиопротиводействия.

Ключевые слова: адаптация, комбинированная помеха, пространственно-(поляризационно-) временной фильтр, время-пространственный (-поляризационный) фильтр, эффективность системы помехозащиты, нелинейность, динамический диапазон.

Abstract

А. Zalevsky. Increasing the efficiency of the pulse-Doppler radar in severe jamming conditions. - Manuscript.

Thesis of the Candidate of Technical Sciences degree by speciality 05.12.17 - The Radiotechnical and television systems. Kharkov National University of Radio Electronics. Kharkov. 2012. - Manuscript.

As a result of performed thesis investigations the urgent theoretical and practical problem has been solved as to increasing the pulsed Doppler radars anti-jamming immunity under effect of combined interference at them in conditions of noise signals and active jamming interference with high energy properties, what is achieved by means of using the proposed methods and algorithms of the structural and parametric adaptation of the radar anti-jamming systems.

We consider two ways of constructing a jamming protection system: a spatial (polarization)-time one and a time-spatial (polarization) one. A comparative analysis of their operation efficiency has been done under complex jamming conditions and subject to interference of jamming signals.

To increase the efficiency of the standard jamming protection system of radar 36D6 we propose a method of its structural adaptation. The new structure depends on jamming conditions. With the aim to increase a dynamic range of the jamming protection system operation was proposed a circuit of parametric adaptation of the spatial (polarization)-time filter.

The experimental evaluation of values of the operation efficiency of the synthesized anti-jamming system and the standard system of radar 36D6 has been done. It is shown that advantage in effective operation of the synthesized circuit is 5dB in comparison with standard radar 36D6 in the mode of its batch-to-batch adaptation at significant excess of an active component over a passive one while at significant excess of a passive component over an active one it is 15dB. It was also shown that the dynamic range of the synthesized circuit was wider than the radar 36D6 operation range what provides for its operation under conditions of intense radio countermeasures.

Keywords: adaptation, complex jamming, spatial - (polarization-) time filter, time-spatial(-polarization) filter, efficiency of anti-jamming systems, nonlinearity, dynamic range.

Размещено на Allbest.ru

...