АНАЛИЗ ФИЛЬТРА ПРОСТРАНСТВЕННО-ДОПЛЕРОВСКОЙ ОБРАБОТКИ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ ЦИФРОВЫХ КАРТ ПОМЕХ ДЛЯ ПОСАДОЧНОЙ РЛС

SPATIAL DOPPLER FILTER ANALYSIS CONTROLLED BY DIGITAL INTERFERENCE MAPS FOR A LANDING RADAR STATION

Elizaveta Pushnyakova

student, Department of Electronic Control Systems BSTU "VOENMEH" them. D.F. Ustinova,

Russia, St. Petersburg

Vladimir Sinitsyn

scientific supervisor, Ph. D., Department of Electronic Control Systems BSTU "VOENMEH" them. D.F. Ustinova,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Рассматривается фильтр с непосредственным обращением к ковариационной матрицы помехи с управлением от цифровых карт помех. Выбраны критерии эффективности - коэффициент улучшения и отношение сигнал/помеха/собственный шум РЛС. Производится сравнение теоретического и экспериментального расчета при одинаковой помеховой ситуации.

ABSTRACT

A filter with direct appeal to the interference covariance matrix with control from digital interference maps is considered. Criteria of efficiency are selected - improvement factor and signal-to-interference / intrinsic noise ratio of the radar station. A comparison of theoretical and experimental calculations is made for the same interference situation.

Ключевые слова: адаптивный цифровой фильтр, пространственно-доплеровская обработка, фильтр ковариационной матрицы помехи, коэффициент улучшения, отношение сигнал/помеха/собственный шум РЛС, вектор весовых коэффициентов.

Keywords: adaptive digital filter, space-Doppler processing, interference covariance matrix filter, improvement coefficient, signal-to-noise / own radar station noise, vector of weight coefficients.

В настоящее время все чаще для цифровой обработки сигналов применяются цифровые сигнальные процессоры, отличительной особенностью которых является программная реализация адаптивных цифровых фильтров пространственно-доплеровской обработки (АЦФ ПДО). Для обработки радиолокационной информации применяются именно цифровые методы. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что цифровые методы имеют ряд преимуществ над аналоговыми, что в настоящее время является актуальной темой.

Цифровые методы стали развиваться благодаря созданию цифровых карт помех, а также используются быстрые дискретные преобразования. Все это привело к повышению эффективности устройств селекции движущихся целей (СДЦ).

Целью работы является анализ адаптивного цифрового фильтра пространственно-доплеровской обработки.

Будем рассматривать посадочную РЛС со следующими параметрами: зона обзора с максимальной рабочей дальностью  и сектором , при длительности импульса , мощность излучения  = 150 кВт, длина волны λ = 3.2 см. Ширина ДН для штатной антенны по азимуту ,  в угломестной плоскости – φ_0.5 = 15°, КНД = 37.40 дБ. Ширина ДН для дополнительной антенны по азимуту , ширина ДН в угломестной плоскости φ_0.5 = 40° , КНД = 27.12 дБ. Период повторения 500 мкс, количество импульсов в пачке   33, угол отклонения антенной системы вверх , база РЛС , СУБЛ 10 дБ, период обзора , угловая скорость сканирования , количество каналов приема N = 2, коэффициент шума .

В работе будут рассматриваться следующие критерии эффективности ПДО – отношение сигнал/помеха/собственный шум РЛС (ОСПШ) и коэффициент улучшения. Данные критерии являются энергетическими и выбраны исходя из того, что в работе не рассматриваются алгоритмы обнаружения целей.

Коэффициент улучшения показывает эффективность обработки сигнала [1]:

                                        (1.1)

                                                                      (1.2)

где  − мощность сигнала цели, − суммарная мощность помех и собственных шумов,  − коэффициент передачи сигнала,  − коэффициент подавления помехи.

Данный коэффициент учитывает ослабление и усиление полезного сигнала.

При заданной вероятности ложной тревоги эффективность обнаружения цели будет определяться рабочими характеристиками РПУ. Эти характеристики представляют собой зависимость ОСПШ от вероятности правильного обнаружения.

Благодаря ОСПШ можно рассчитать вероятность ложной тревоги и правильного обнаружения. ОСПШ показывает целесообразность обработки в конкретной помеховой ситуации.

ОСПШ на выходе фильтра ковариационной матрицы помехи определяется выражением [2]:

 ,                                                               (1.3)

где  - совместный пространственно-доплеровский вектор сигнала,  − ВВК фильтра,  – ковариационная матрица помех и шумов, которая находится по формуле (1.4).

,                                 (1.4)

где  – единичная матрица соответствующей размерности, – количество помех,  - совместный пространственно-доплеровский вектор сигнала,  − амплитуда и межпериодная ковариационная матрица k-ой помехи соответственно, − дисперсии шума.

Значение ВВК фильтра, рассчитывается по следующей формуле [2]:

                                                  (1.5)

где  − некоторое комплексное число, отличное от нуля, − ковариационная помех и шумов, которая находится по формуле (1.4), – совместный пространственно-доплеровский вектор сигнала.

Недостатки фильтра: необходимо обеспечить большую точность вычислений, а также требуется большой динамический диапазон процессора ПДО.

Методом исследования является моделирование работы АЦФ ПДО на электронно–вычислительной машине (ЭВМ). Теоретический и экспериментальный расчет имеют одинаковую помеховую ситуацию. Теоретический расчет подразумевает под собой расчет с помощью формул. Экспериментальный - расчет критериев эффективности с помощью имитационного моделирования.

На рисунке 1 приведены графики расчётного и экспериментального ОСПШ для пролетной и посадочной траекторий.

В работе рассматривается, как и посадочная, так и пролетная траектория. Посадочная траектория – ширина полосы зоны обзора равняется ширине одной ячейки, длина полосы зоны обзора равняется максимальной дальности РЛС. Пролетная траектория – ширина полосы зоны обзора равняется сектору обзора, длина полосы обзора равняется размеру одной ячейки по дальности [3].

Зададим параметры помеховой ситуации для критериев эффективности:

− удаление пролётной траектории от РЛС – 8 км;

− высота полёта 600 м;

− путевая скорость цели 70 м/с;

− на нулевом азимуте присутствует точечная помеха от местного предмета с ЭПР 1000 м² и высотой центра отражения 15 м (за нулевой азимут принято направление ВПП).

Рисунок 1. Расчётное и экспериментальное ОСПШ на посадочной и пролётной траекториях цели для СЦФ ПДО:

а – ОСПШ расчетное на посадочной траектории; б – ОСПШ расчетное на пролетной траектории; в – ОСПШ экспериментальное на посадочной траектории; г – ОСПШ экспериментальное на пролетной траектории

Результаты имитационного моделирования для посадочной и пролётной траекторий приведены в виде графиков коэффициента улучшения на рисунке 2.

Рисунок 2. Коэффициент улучшения ОСПШ для фильтра с обращением ковариационной матрицы помехи:

а – на посадочной траектории, г – на пролетной траектории

При анализе графиков можно сделать следующие выводы:

1.Теоретические и экспериментальные расчеты совпадают;

2.Сохраняются закономерности изменения ОСПШ;

3.Среднее значение коэффициента улучшения ОСПШ – 24.92 дБ, расчетное – 25.07 дБ;

4.На нулевом азимуте экспериментального графика ОСПШ присутствует значительный «провал» (пролетная траектория). Экспериментальное значение коэффициента улучшения – 45.02 дБ, расчетное – 46.10 дБ.

5.Фильтр эффективно обрабатывает точечную помеху на дальности 13 км;

6.Фильтр с обращением ковариационной матрицы помехи обеспечивает значительное улучшение ОСПШ на нулевом азимуте.

Список литературы:

1. Иванов Ю.В. Сравнительная эффективность алгоритмов пространственно-доплеровской когерентной обработки // Радиоэлектроника (Изв. высш. учеб. заведений). - 1993. - Т. 36. - № 5. - С. 64-74
2. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов / Нер. с англ. М.:Мир, 1988. - 488 с.
3. Адаптивные радиотехнические системы с антенными решётками / Журавлёв А.К., Хлебников В.А., Родимов А.П. и др. - Д.: Издательство Ленинградского университета, 1991. - 544 с.