CC BY
119
УДК 621.396.96
АДАПТИВНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕХ В КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ БЛИЖНЕЙ ЛОКАЦИИ
Мария Владимировна Орлова
ОАО «Научно-исследовательский институт электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел.(383)216-05-68
Рассматривается возможность взаимной компенсации пространственно-связанных активных помех в комплексированных системах ближней локации. Предлагается активный адаптивный трансверсальный фильтр, содержащий специальный генератор, воспроизводящий спектральные составляющие, отсутствующие в помехе с меньшей шириной спектра.
Ключевые слова: комплексированная система ближней локации, взаимная компенсация помех, адаптивный трансверсальный фильтр, специальный генератор компенсирующих спектральных составляющих.
ADAPTIVE JAMMING COMPENSATION IN COMPLEX SHORT-RANGE LOCATION SYSTEMS
Maria V. Orlova
OJSC Scientific Research Institute of Electronic Devices, 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva St., Ph. D., Associate Professor, Senior Researcher, tel. (383)216-05-68
A possibility of mutual active jamming signals compensation in complex short-range location system is considered. An active adaptive transversal filter is proposed that contains a special spectral components generator to improve inter-channel jamming compensation.
Key words: complex short-range location system, mutual jamming compensation, adaptive transversal filter, special spectral components generator.
Одной из актуальных задач при разработке локационных систем в настоящее время является защита от различного вида помех. Метод компенсации активных помех широко применяется при проектировании адаптивных антенных решеток [1] и многопозиционных РЛС [2]. В комплексированных системах ближней локации наиболее интересна задача разработки адаптивных устройств, обеспечивающих взаимную компенсацию пространственно-связанных помех, то есть помех, источники которых имеют определенное не изменяющееся друг относительно друга расположение, при наличии корреляционных связей различной степени, а также помех, имеющих различную ширину спектра [3], [4].
На рис. 1 приведена структурная схема трехканальной комплексированной системы ближней локации, предусматривающая взаимную компенсацию коррелированных помех, алгоритм работы которой подробно рассмотрен в [4]. Суть компенсации - в формировании в каждом канале компенсирующих напряжений в зависимости от интенсивности помеховых сигналов в каждом канале системы а также от степени корреляционных связей между помехами в раз-
личных каналах - спектральная плотность мощности помехи в ¡-м канале, Ту - коэффициент межканальной корреляции помех, ¡, у = 1, 2, 3). При высокой степени корреляции помех реализуется практически полная их компенсация. На рисунке показана только схема компенсации помех - далее с входов сумматоров в каждом канале сумма сигналов и нескомпенсированных остатков помех пропускается через согласованные фильтры, и результирующая сумма по всем трем каналам сравнивается с порогом.
Рис. 1. Структурная схема трехканальной комплексированной системы
Алгоритмы обнаружения сигналов на фоне помех также могут быть реализованы в виде обработки спектральных функций, являющихся преобразованиями Фурье от временных корреляционных функций, при этом устройство взаимной компенсации помех разрабатывают на основе трансверсальных фильтров [2, 3]. В оптимальных обнаружителях организуется подавление (когерентная компенсация) пространственно-коррелированных помех с помощью многоканального винеровского фильтра [2], благодаря чему достигается минимум дисперсии (мощности) помех и шумов. Схема компенсации помех предусматривает пропускание входных сигналов локационной системы через многоканальный
винеровский фильтр с коэффициентами передачи каналов Кк (/ - индекс компенсируемого канала, к - индекс компенсирующего канала). Фильтр Винера обеспечивает наилучшее приближение (с противоположным знаком) суммы помех и шумов, действующих на входах всех приемных позиций, кроме ¡-й, к помехам и шумам ¡-й позиции). Частотную характеристику фильтра представляют обобщенным рядом Фурье
Kik ® = S СшФ/ ® , (1)
/=—оо
где ф/ со - ортонормированная и полная на интервале со0 - сос , со0 + юс
произвольная система комплексных функций;
Cikl - коэффициенты Фурье, определяемые по формуле:
ю0 +—Люс
\ 2. ^ _
J Kik a q>* a dœ ,i,k = l,m , (2)
ю„ -—Лоз
2
где т - количество каналов; ю0 - несущая частота зондирующего сигнала; Дюс -ширина спектра зондирующего сигнала.
Для улучшения качества компенсации помех в комплексированных локационных системах предлагаются активные адаптивные трансверсальные фильтры. Структурная схема активного адаптивного трансверсального фильтра для двухканальной системы приведена на рис. 2.
Для адаптивного формирования коэффициентов Фурье можно использовать различные алгоритмы, например, на основе корреляционной обратной связи. В реальных условиях количество ортогональных каналов / должно быть ограниченным, и каждый фильтр с коэффициентом передачи К1к со заменяется многоканальным трансверсальным фильтром с коэффициентом передачи
N
н,к ® = Е ю • (3)
1=-Ы
Весовые коэффициенты Wikl выбираются таким образом, чтобы они были пропорциональны взаимной корреляции процесса на выходе ортогонального фильтра к-го канала с характеристикой ф1 (ю) и процесса на выходе ¡-го канала.
В качестве ортогональных фильтров ф/ со , / = -/V, N обычно выбирают
систему узкополосных фильтров с непересекающимися прямоугольными и линейными фазочастотными характеристиками. С помощью системы узкополосных фильтров и подстраиваемых весовых коэффициентов устраняются различия помеховых сигналов в каналах системы для их последующего суммирования и компенсации.
В реальных условиях матрица энергетических спектров суммы помех и собственных шумов обычно неизвестна и может меняться во времени, поэтому необходимо разрабатывать адаптивные алгоритмы, учитывающие изменение характеристик помех во времени.
Рис. 2. Структурная схема активного адаптивного трансверсального фильтра для компенсации помех в двухканальной комплексированной системе
Весовые коэффициенты, формирующие компенсирующие напряжения, определяются на основе оценок корреляционных матриц помех и собственных шумов каналов системы. Статистические оценки могут проводиться по заранее выбранному критерию оптимальности, например, по критерию максимума отношения правдоподобия.
В комплексированных локационных системах ширина спектра помех в различных каналах может значительно отличаться, при этом обеспечить пол-
ное подавление активных помех с помощью пассивных трансверсальных фильтров невозможно. На рисунке 2 изображена система подавления (компенсации) помех активного адаптивного трансверсального фильтра.
На входы сумматоров первого и второго каналов поступают непосредственно входные сигналы y\(t) и y2(t) а также компенсирующие напряжения с выходов блоков весовых коэффициентов W. В целом схема оптимального обнаружителя предусматривает дальнейшую оптимальную фильтрацию сигналов с выхода сумматора каждого канала и сравнение результирующей суммы с порогом. Отличием приведенной схемы от схемы адаптивного трансверсального фильтра, приведенной в [2], является наличие вспомогательного генератора, воспроизводящего спектральные составляющие, отсутствующие в помеховом сигнале с меньшей шириной спектра, а также наличие устройства управления и коммутации. Адаптация схемы компенсации осуществляется по классифицированной выборке помехового сигнала до момента времени, начиная с которого может появиться полезный сигнал, то есть сигнал, отраженный от обнаруживаемого объекта. При приеме помеховых сигналов анализируется ширина спектра помехи в каждом канале с помощью систем ортогональных фильтров ф/(ю). Помеха, принимаемая компенсирующим каналом, пропускается через систему узкополосных фильтров; с выходов фильтров напряжение подается на блоки весовых коэффициентов Wihl и на корреляторы, на вторые входы которых подается напряжение с выхода сумматора компенсируемого канала. Величина коэффициентов Wihl регулируется напряжением с выходов корреляторов. Напряжения с выходов блоков весовых коэффициентов Wihl подаются на сумматор компенсируемого канала.
Если ширина спектра помехи в компенсирующем канале меньше, чем в компенсируемом, например, в первом канале помеха присутствует во всех узкополосных фильтрах фл-...ф_у , а во втором канале - только в фильтрах
Фм-Ф-м > устройство управления и коммутации подает на узкополосные фильтры, в которых отсутствует помеха, сигнал с выхода вспомогательного генератора. При большом числе ортогональных каналов и высокой скорости адаптации весовых коэффициентов такой трансверсальный фильтр может устранить амплитудные и фазочастотные различия помех, однако при проектировании таких компенсационных каналов следует учитывать, что при большой ширине спектров помех и большом различии спектров помех в различных каналах схема фильтра может оказаться очень сложной.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.
2. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.
3. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.
4. Орлова М.В. Обработка сигналов в комплексированных системах ближней локации: учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 76 с.
© М. В. Орлова, 2015
