CC BY
67
УДК 621.396.96
АДАПТИВНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕХ В КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ БЛИЖНЕЙ ЛОКАЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ МЕЖКАНАЛЬНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Мария Владимировна Орлова
АО «Научно-исследовательский институт электронных приборов», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент, тел. (383)216-05-68
Рассматриваются возможности взаимной компенсации пространственно-связанных активных помех в комплексированных системах ближней локации при наличии и отсутствии корреляционных связей между помехами в различных каналах, а также применение цифровых методов обработки сигналов для компенсации помех для различных случаев распределения спектральных составляющих в спектрах помех, принимаемых каналами локационной системы.
Ключевые слова: комплексированная система ближней локации, межканальная корреляция помех, взаимная компенсация помех, спектральные составляющие помеховых сигналов.
ADAPTIVE JAMMING COMPENSATION IN COMPLEX SHORT-RANGE LOCATION SYSTEMS FOR VARIOUS INTER-CHANNEL CORRELATION USING DIGITAL SIGNAL PROCESSING METHODS
Maria V. Orlova
JSC 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 space-connected active jamming signals compensation in complex short-range location system is considered for correlated and uncorrelated jamming. An adaptive jamming compensation algorithms using digital signal processing methods are proposed for various jamming spectral components distributions.
Key words: complex short-range location system, inter-channel jamming correlation, mutual jamming compensation, jamming spectral components.
При проектировании локационных систем для защиты от различного вида помех широко применяется метод компенсации [1, 2, 3]. В комплексированных системах ближней локации решается задача взаимной компенсации 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 [4].
Для компенсации помех в комплексированных локационных системах могут быть использованы активные адаптивные трансверсальные фильтры [5].
Структурная схема активного адаптивного трансверсального фильтра для двух-канальной системы приведена на рисунке.
С помощью системы узкополосных фильтров фг- (ю) и подстраиваемых весовых коэффициентов Ж устраняются различия помеховых сигналов в каналах системы для их последующего суммирования и компенсации.
Рис. Компенсатор пространственно-связанных активных помех
Весовые коэффициенты, формирующие компенсирующие напряжения, определяются на основе оценок корреляционных матриц помех и собственных шумов каналов системы. Адаптация схемы компенсации осуществляется по классифицированной выборке помехи до появления полезного сигнала. Если ширина спектра помехи в компенсирующем канале меньше, чем в компенсируемом, например, в первом канале помеха присутствует во всех узкополосных фильтрах (фы ...ф_ ы), а во втором канале - только в фильтрах (фм ...ф_м), уст-
ройство управления и коммутации подает на узкополосные фильтры, в которых отсутствует помеха, сигнал с выхода вспомогательного генератора.
В связи с появлением высокоскоростных микропроцессоров при разработке локационных систем возможно применение цифровых методов обработки сигналов не только на завершающих этапах обработки. Предлагается для оценки конкретной помеховой ситуации с помощью цифровых методов провести спектральный анализ реализаций, принимаемых различными каналами, до момента возможного появления полезного сигнала. Последовательность операций при цифровой компенсации помех можно представить следующим образом.
1. Преобразование принятых всеми информационными каналами реализаций помех в цифровой код с использованием быстродействующих аналого-цифровых преобразователей.
2. Расчет спектров помех, принимаемых различными информационными каналами, с применением быстрого преобразования Фурье [6, 7].
3. Определение ширины и средней частоты спектров помех в различных каналах, определение разности средних частот спектров в различных каналах, обусловленной различием доплеровских частот, и осуществление сдвига спектров на полученную разность с целью выравнивания средних частот спектров помех во всех информационных каналах.
4. Оценка стационарности принимаемых помех. С этой целью периодически рассчитываются мощности (спектральные плотности) помех в каждом информационном канале и коэффициенты межканальной корреляции помех.
5. Предварительный анализ полученных спектральных характеристик помех в приемных каналах комплексированной системы и принятие решения о том, являются ли принятые реализации помехи случайными процессами или периодическими сигналами.
6. Если помехи являются случайными, их компенсация может производиться по алгоритму, приведенному в [4], цифровыми методами или с использованием трансверсальных фильтров [5].
7. В том случае, когда случайные помехи в различных каналах оказываются некоррелированными, их взаимная компенсация невозможна.
8. Компенсация периодических помех возможна и в том случае, если коэффициент межканальной корреляции помех равен нулю.
В том случае, если помехи являются периодическими, их компенсация может производиться по той же методике, что и компенсация случайных помех, при этом будут компенсироваться коррелированные составляющие в спектрах помех, однако возможно применение и другого подхода, основанного на использовании цифровых методов обработки сигналов.
В дальнейшем для упрощения рассматривается двухканальная комплекси-рованная система. Так как помехи являются стационарными, а адаптация ком-плексированной системы производится до момента, начиная с которого возможно появление полезного сигнала, алгоритм преобразования спектров принятых помех, обеспечивающий взаимную компенсацию периодических пространственно-связанных помех, можно записать в следующем виде
Як 210®)= 0'ш)Яа1 0'ш)+^ 21 (/ш),
Як12 (/'ш)= ^12 (/'ш)Яо2 0'ш) + АЯ12 (/'ш),
где Зк21(/'®), Зк12(/'®) - спектры компенсирующих помеховых сигналов, поступающих на второй и первый каналы, соответственно;
Бо1(/'ю), Бо2(/®) -составляющие спектров помех, общие для первого и второго каналов, соответственно;
^21(/®), Ж12(/ю) - весовые коэффициенты, с помощью которых формируется спектр компенсирующего помехового сигнала для второго канала и первого канала, соответственно;
АБ21(/®), АБ12(/®) - спектральные составляющие, присутствующие в спектре основного канала, но отсутствующие в спектре компенсирующего;
Затем сформированный компенсирующий спектр вычитается из спектра основного канала, и производится дальнейшая обработка сигнала.
9. В том случае, когда ширина спектра и интервалы между соседними гармоническими составляющими в различных каналах комплексированной системы одинаковы, алгоритм формирования спектра компенсирующего помехового сигнала при цифровой обработке сигнала может быть записан в виде
о
Як 210'®)= ЕЖ21 (JШ),
ё=1
о
Як12 0'Ю)=Е^12 О'шК, 2ё (''ш), (2)
ё =1
где g - номер гармоники в спектре помехи;
О - полное количество гармоник в спектре помехи;
50^(/'ю), 50^(/'ю) - комплексные амплитуды гармоник помехи в первом и втором каналах соответственно;
Ж2^(/'ю), Ж12^®) - весовые коэффициенты g-х гармоник при формировании компенсирующих напряжений для второго и первого каналов, соответственно:
021(/'ю) = So2g(j®) / Бо^®), ^12(/'ю) = Бо^С®) / So2g(J'®).
Если интервалы между соседними гармоническими составляющими в различных каналах одинаковы, а ширина спектров помех в каналах различна (например, во втором канале - больше, чем в первом), алгоритм формирования спектра компенсирующей помехи имеет вид
Н Р-1 о
Як 210'®)= ТЖ21ё 0Ш)Яа1ё 0ш)+Е Я 2ё 0'ш) + Е Я 2ё 0'ш) ,
ё=Р ё=1 ё=Н+1
Як12 0'®) = ('ш)Яа2ё (М (3)
ё = Р
где О - количество гармоник в спектре более широкополосной помехи второго канала;
F ^ Н - номера гармоник, присутствующих в спектре помех в обоих информационных каналах комплексированной системы.
В первой формуле гармоники ^(/ю) с номерами от g = 1 до ^ - 1) и от g = (Н + 1) до О определяются на этапе адаптации, запоминаются и на этапе обнаружения не изменяются.
Сложнее сформировать спектр компенсирующей помехи, когда интервалы между соседними гармоническими составляющими периодической стационарной помехи в различных каналах отличаются. В этом случае определяются пары гармоник из спектров помех первого и второго каналов, имеющие наименьший разброс по частоте. Различие частот этих гармоник компенсируется, и находятся соответствующие им области номеров гармоник: О1 - в первом канале и О2 - во втором. Все остальные гармоники из спектра первого канала включаются в область G1 и в область G2 из спектра второго канала. При этих условиях алгоритм формирования спектров компенсирующей помехи можно записать следующим образом:
5 к210'®) = ! Ж21е О'®)5^ (/«НЕ 52я 0'®)'
в1 в.
2
0'®)= 1^12 я 0'®5а 2я 0'®)+! 51я (/®). (4)
в2 в1
Гармоники 8^(/ю) в области в2 и гармоники 8^(/ю) в области в1 определяются на этапе адаптации, запоминаются и на этапе обнаружения не изменяются.
Таким образом, если помехи являются случайными, их компенсация может производиться по алгоритму, приведенному в [4], цифровыми методами или с использованием трансверсальных фильтров. В том случае, когда случайные помехи в различных каналах оказываются некоррелированными, их взаимная компенсация невозможна. Компенсация периодических пространственно -связанных помех с помощью предложенных методов возможна и в том случае, если коэффициент межканальной корреляции помех равен нулю.
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.
5. Орлова М. В. Адаптивная компенсация помех в комплексированных системах ближней локации // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2015» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 3. - С. 197-201.
6. Применение цифровой обработки сигналов. / Под ред. Э. Оппенгейма. Перевод с англ. - Издательство «Мир», 1980. - 552 с.
7. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.
© М. В. Орлова, 2016
