CC BY
89
УДК 623.419
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ОТРАЖЕННОГО ВЕКТОРНОГО СИГНАЛА В РАДИОЛОКАТОРЕ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ, ФОРМИРУЮЩИЙ ОЦЕНКУ МАТРИЧНОЙ ФУНКЦИИ ОТКЛИКА
И. А. Григорьев, О.Н. Акиншин, В. Л. Румянцев, К. А. Хомяков
Предложен алгоритм обработки отраженного векторного сигнала в радиолокаторе с синтезированной апертурой, формирующий оценку матричной функции отклика. Определены требования, к зондирующему сигналу для формирования процедуры векторной обработки.
Ключевые слова: радиолокация, векторный сигнал, синтезированная апертура.
Повышение качества обработки радиолокационных сигналов (РЛС) в настоящее время является одним из основных и реальных способов повышения эффективности обнаружения целей. При этом под повышением качества обработки РЛС, следует понимать использование новых высокоэффективных алгоритмов, основанных на максимальном учете априорных сведений о статистических характеристиках и параметрах отражения сигналов от целей и подстилающей поверхности, обеспечивающих инвариантность к фоновой и помеховой обстановке, а также применение современных достижений микроэлектроники, цифровой техники для реализации данных алгоритмов.
Для бортовых РЛС обеспечение требуемых разрешающей способности и характеристик обнаружения может быть достигнуто применением синтезирования апертуры (СА) антенны и векторной обработки зондирующих сигналов [1].
L
L(0)
Рис. 1. Геометрия взаимного движения «первичной» антенны радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) и отражающего объекта
166
M
*—
L //
t / ' \ // к(0)
\ V
\
V
\
\
\
\
\
\
x
B
0
Положим, что диаграмма направленности антенны зафиксирована в положении, перпендикулярном вектору скорости носителя, как показано на рис. 1 (случай бокового обзора) [1, 2].
Предполагаем, что носитель движется равномерно со скоростью V. А - антенна РЛС, М - отражающий объект, поляризационные свойства которого заданы матричной функцией отклика:
(тт, ^т ) = §(хт, ^т)' 8М, где БМ - матрица обратного рассеяния.
Обозначим Ь(0) минимальное расстояние между линией движения носителя и отражателем. Пусть в момент времени г=г0 антенна А начинает излучать периодическую, с периодом Тп, последовательность импульсных векторных сигналов, описываемую выражением
N
и3 (г )= X и0 (г - п • Тп) п = 0,1,2,к N, (1)
п=0
где ^0 (г) есть отдельный импульсный векторный сигнал длительностью ти, заданный выражением
'■Н(г)4 А(гI
Векторный сигнал %(г), отраженный от элемента разрешения, в котором находится объект М, описывается выражением
иХ(г ) = Gм (тт, ^т)* и3(г). (3)
Для узкополосных сигналов А1 (г) , ¿2 (г) отраженный сигнал (1) можно переписать в виде [3,4]
х / \\ Ф(Т)
N N I А (г - п • Т п —■
) = $мп • X «0 (г - п • Тп-Тт ) = Sмn • X П(г - п • Тп-Тт )• ' " ) • ^М4)
п=0 п=0 V -п • Тп)У
где множитель ехр(ф(т) = -]ЩТт} обусловлен набегом фазы сигналов А,(г), а2 (г )за время Тт распространения сигналов до объекта и обратно. Из рис. 1 следует соотношение
«0 (г ) = П (г )•
(2)
2Уь2 (0)+[*(0)- V • г]2, (5)
"т
С
где с - скорость распространения электромагнитной волны.
Таким образом, для случая, когда антенна РЛС установлена на подвижном носителе, отраженный векторный сигнал и^(г), наблюдаемый на входе антенны, отличается от случая неподвижной антенны фазовым «набегом» ф(т) = - 7'ю0тт, зависящим только от расстояния до объекта и скорости движения носителя. При этом на интервале АВ пути движения носителя (см. рисунок 1) отраженный сигнал и^(г) представляет собой пачку из
N волновых пакетов, обобщенная фаза которых ф(т) изменяется по закону:
167
ф(т) = -
2ю0у 1} (0) + [£ (0)-V • г ]2
с
(6)
Количество пакетов N определяется периодом повторения Тп зондирующего сигнала и0 (г) и скоростью носителя: N = (АВ)/ V • Тп. На рис. 2 схематично отображена структура отраженного сигнала в РСА бокового обзора.
Определим алгоритм обработки отраженного векторного сигнала в РСА, формирующей оценку матричной функции отклика (МФО). Будем считать, что скалярные сигналы ¿¡(г) , ¿2(г) определяющие временную структуру ортогональных по поляризации компонент излученного сигнала и0 (г), удовлетворяют определённым требованиям, (наиболее пригодной для применения является та пара сигналов, которая имеет наибольшую развязку и низкий уровень боковых лепестков), и матричной функции неопределённости (МФН) сигнала и0 (г) имеет вид
' 1 0Л 0 1
Х0 (т, О)» В (т, О)
(7)
Рис. 2. Структура отраженного сигнала в РСА
В соответствии с результатами, изложенными в [3 - 5], проведем по каждому излученному волновому пакету и0(г) согласованную обработку отраженного сигнала и^(г), описываемую выражением
(^ Ю)0Ц0 (т, О) = Ом (тт, От) * Х0 (г, ю) = 3 (г, ю), 168
где 0 - знак векторной свертки. При этом для каждого элемента разрешения по дальности и частоте Доплера по каждому пакету и0 (?) излученного
сигнала формируется последовательность из N оценок ю) его матричной функции отклика:
N
= *т - пТп, ю)= Е3({ = хт - пТп, ю) =
п=0 (9)
N
= Е8Мп ■ В( = Тт -пТп,ю)-
е
"7ю0т
т
п=0
Поскольку функция ф(т) = -7'ю0хт известна, существует возможность когерентного накопления формируемых оценок 3^ = тт - пТп, ю), для этого достаточно обработать матричную последовательность (9) матричным фильтром, импульсная характеристика которого описывается выражением
'1 0Л
Оф (т) = 1 0 . е+тт = /. е+ф(т). (10)
0 1
Vй V
Выходной сигнал такого фильтра при входном воздействии (9) имеет вид
Ък = т т, ю)* Оф (т) = ^ (п )■ 8М , (11)
где Г(п) - функция огибающей амплитуды выходного отклика фильтра вида 8Ш Х , поскольку огибающая функции ф(т) в (10) есть прямоугольное я
единичное «окно», длительность которого равна времени синтеза апертуры антенны, определяемому расстоянием АВ и скоростью V (см. рис. 1).
В элементе разрешения по дальности только одной геометрической точке, в которой находится объект М, соответствует функция ф(т) = - 7'Ю0Тт, для всех других точек, находящихся на других азимутальных углах, эта функция имеет другой вид. При этом когерентное накопление оценки МФО (в данном случае матрицы рассеяния &м) происходит только для сигнала, отраженного от рассеивающего объекта М.
Таким образом, алгоритм обработки сигнала в РСА, формирующей оценку МФО (матрицы рассеяния) включает в себя алгоритм первичной обработки сигналов поляризационной РЛС и процедуру дополнительной фильтрации выходных сигналов, суть которой отражена на рис. 3. Значения периодически поступающих оценок Д"^, ю) в моменты времени t = тт - пТп сохраняются в устройстве выборки и хранения (УВХ) на интервал времени Тп. Управление УВХ осуществляется стробом дальности, на которой находится объект М. Таким образом, на выходе УВХ каждого из четырех каналов обработки формируется временная последовательность значений оценок элементов МФО объекта М, фаза которых изменяется по закону ф(т) = -Ую0Тт .
иу (г, ю)
Рис. 3. Согласованная обработка отраженного векторного сигнала в РСА с полным поляризационным зондированием
Каждый из выходных сигналов УВХ обрабатывается фильтром, импульсная характеристика которого описывается выражением
Оф = еЮ0Хт = еф(т). Форма огибающей откликов фильтров GФ каждого из четырех каналов приема схематично отображена на рис. 4 (кривая, обозначенная как «синтезированная диаграмма антенны»).
По мере пролета точки М выходные отклики достигают своего максимума в момент прохождения точки В. Расстояние АВ определяет линейные размеры синтезированной апертуры антенны, и следовательно, азимутальное разрешение объектов.
¡А
0
Синтезированная диаграмма антенны
В
Рис. 4. Иллюстрация процесса синтеза апертуры антенны
170
Таким образом, алгоритм обработки сигнала в РСА, формирующей оценку МФО (матрицы рассеяния) включает в себя алгоритм первичной обработки сигналов поляризационной РЛС и процедуру дополнительной фильтрации выходных сигналов. Скалярные сигналы ¿¡(í), Sj (t), определяющие временную структуру ортогональных по поляризации компонент излученного сигнала u0 (t) , удовлетворяют определённым требованиям, (наиболее пригодной для применения является та пара сигналов, которая имеет наибольшую развязку и низкий уровень боковых лепестков).
Список литературы
1. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория: справочник / под ред. Я. Д. Ширмана М.: ЗАО «Маквис», 1998. 828 с.
2. Giuli D., Fossi M., Facheris L. Radar target scattering matrix measurement through orthogonal signals // IEEProc. - F. 1993. Vol. 140. №.4. August.
3. Акиншин Н.С., Румянцев В.Л., Хомяков А.В. Алгоритмы обнаружения объектов в поляризационных РЛС // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 2. С. 14 -22.
4. Хлусов В.А., Лигтхарт Л.П., Шарыгин Г.С. Одновременное измерение всех элементов матрицы рассеяния радиолокационных объектов с использованием сложных сигналов // 8-я Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 2325 апреля 2002 г. Воронеж: Воронежский госуниверситет, 2002. Т 3. С.1655 - 1667.
5. Акиншин Н.С., Румянцев В.Л., Процюк С.В. Поляризационная селекция и распознавание радиолокационных сигналов. Тула: Лидар, 2000. 316 с.
Григорьев Игорь Александрович, генеральный директор, info a oao-niti.com, Россия, Московская обл., Железнодорожный, АО «НИТИ»,
Акиншин Олег Николаевич, нач. отдела, cdhae a cdhae.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»,
Румянцев Владимир Львович, д-р техн. наук, зам. нач. отдела, vlroomayandex.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппарато-строения»,
Хомяков Кирилл Александрович, инженер, cdhaeacdhae.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»
171
THE ALGORITHM OF PROCESSING VECTOR OF THE REFLECTED SIGNAL IN THE SYNTHETIC APERTURE RADAR,, FORMATIVE ASSESSMENT OF THE MATRIX
RESPONSE FUNCTION
I.A. Grigoriev, O. N. Akinshin, V. L. Rumyantsev, K. A. Khomyakov
The algorithm of processing vector of the reflected signal in the synthetic aperture radar, formative assessment of the matrix response function. Defined requirements, to a probing signal for the formation procedure of vector processing.
Key words: radar, signal vector, synthetic aperture.
Grigoriev Igor Aleksandrovich, General Director of the company, infoaoao-niti.com, Russia, Moscow Region, Zheleznodorozhny, JSC "NITI",
AkinshinOlegNikolayevich, head of department, cdbaeacdbae. ru, Russia, Tula, JSC "CentralDesign Bureau of Apparatus Engineering",
Rumiantsev Vladimir Lvovich, D. Sc. (Eng.), assistant head of department, vlroomayandex.ru, Russia, Tula, JSC "CentralDesign Bureau of Apparatus Engineering",
Khomyakov Kirill Alexandrovich, engineer, cdbaeacdbae.ru, Russia, Tula, JSC "CentralDesign Bureau of Apparatus Engineering"
УДК 004.415.53
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ТЕСТОВЫХ НАБОРОВ
ВЫБОРОЧНОГО РЕГРЕССИОННОГО ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
И.Е. Карпов, П.И. Абрамов
Формализована математическая модель процесса регрессионного тестирования программного обеспечения. Предложена методика порождения новых тестовых наборов выборочного регрессионного тестирования на основе анализа «подозрительных» состояний.
Ключевые слова: программное обеспечение, регрессионное тестирование, порождение тестов.
В ходе разработке программного обеспечения (ПО), а также в процессе его сопровождения при корректировках кода необходимо гарантировать сохранение качества ПО. Главной задачей этапа сопровождения [1] является реализация систематического процесса обработки изменений в коде. После каждой модификации программы необходимо удостовериться, что на функциональность программы не оказал влияния модифицированный код.
