CC BY
25
BER 0,1
0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0
\
\ \
\ V
\ \
\ 1
\
к
\ V
V н*- -ж— —ж— 4= =ÜS— -К— -*- -*- -W— -к— -Я!- -К— -*-
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
■ 1 канал
2 канала
4 канала
6 каналов
8 каналов
36 38 40 Es/No, dB
Рис. 4. Вероятности ошибочного приёма одного символа двоичного сигнала (одного бита) в зависимости от отношений мощности сигнала и помехи Es/No для различного числа каналов разнесённого приёма КВ-сигнала с рэлеевскими замираниями
FER 0,4
0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
\ V
\ \
\ \
\ \
\
\
\ \
V -*- —ж— —Ж— -W- —Ж— -*- -*- -ж— -ж— -ж— -ж— -Ж— -ж-
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Es/No, dB
-1 канал
2 канала
4 канала
6 каналов
8 каналов
Рис. 5. Вероятности ошибочного приёма одного кадра сигнала речи в зависимости от отношений мощности сигнала и помехи Es/No для различного числа каналов разнесённого приёма КВ-сигнала с рэлеевскими замираниями
системы КВ-телеграфии стандарта MIL-STD-188-110B [6]. Затем в сигнал вводился аддитивный белый гауссов шум при отношении средней энергии кодового символа к спектральной плотности мощности шума Es/No.
Пространственно-разнесённый приём сигналов абонентов на ВР был реализован в виде статистически независимых каналов для каждой приёмной антенны и выбора сигнала с максимальной амплитудой. Статистическая независимость радиоканалов достигается с помощью случайных значений начальных фаз состояний каналов для каждого моделирования.
После поступления данных передатчика абонента через ВР к приёмнику другого абонента переданная и принятая последовательности сравниваются в блоке «Bit Error Calculator», который вычисляет вероятность битовой ошибки (BER). Однако BER не в полной мере характеризует качество приёма сигнала речи. Поэтому
вводится еще одна характеристика - вероятность потери кадра сигнала речи (FER), так как потерянные кадры и блоки кадров на слух представляют кратковременные искажения, влияющие на слоговую разборчивость. При этом важно не только численное значение FER, но и распределение потерянных кадров во времени. На рис. 3 представлен вариант визуализации потери кадров в Simulink.
Из рис. 3 видно, что кадры сигнала речи теряются в моменты наименьших амплитуд сигнала. При этом благодаря разнесённому приёму замирания амплитуд в канале абонент-ВР существенно менее глубокие по сравнению с каналом ВР-абонент.
Результаты моделирования. В работе [1] для КВ-радиосвязи был рекомендован низкоскоростной вокодер MELP, защищенный помехоустойчивым кодом (63,16). Результаты рис.4,5
позволяют оценить эффективность разнесённого приёма в сочетании с этими кодами.
Выводы. Из рис.4,5 видно, что разнесённый приём сигналов абонентов на ВР существенно повысит качество передачи сигналов речи в системе КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором. Например, при приёме на 2 разнесённые антенны вероятность потери кадров сигнала речи составляет = 5% при среднем отношении сигнал/шум =8 дБ, хотя при приёме на одну антенну это отношение составляет =14 дБ. Использование полученных результатов позволит определить мощности КВ-радиостанций для цифровой передачи речи.
Библиографический список
1. Агарышев А.И. Цифровая обработка сигналов речи для передачи в диапазоне декаметровых волн / А.И.Агарышев, П.М Алиев //Вестник ИрГТУ, 2008. - № 1. - С. 84-89.
2. Макаров А.А. АРМ исследования и проектирования систем передачи информации / А.А.Макаров // Учебное пособие.- Новосибирск:СибГУТИ.-2001.- 78 с.
3. Агарышев А.И. Повышение эффективности систем КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе подавления многолучевости сигнала / А.И.Агарышев, В.А.Агарышев, К.И.Труднев // Материалы V Межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы радиотехники». - Иркутск: ИрГТУ.-2006. - С. 7-17.
УДК 621.396.96
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПОЛЯРИЗАЦИОННО-РАЗНОСТНОГО КАНАЛА ПРИ НАБЛЮДЕНИИ НАДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ МЕШАЮЩИХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ОБЪЁМНО-РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СРЕД
К.А.Белкин1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Предложен способ борьбы с мешающими отражениями от объёмно-распределённых сред, основанный на различиях в преобразовании поляризационного состояния радиолокационных сигналов объектами с поляризационно-изотропным отражением и реальными надводными объектами с поляриза-ционно-анизотропным отражением. Ключевые слова: поляризационно-разностная обработка радиолокационных сигналов, поляризационная селекция, отражение радиоволн от объемно-распределенных сред, надводные объекты, морская поверхность, поляризационно-изотропное отражение радиоволн, поляризационная анизотропность, поляризационный контраст, поляризационно-разностный канал. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
EMPLOYMENT OF AN ADDITIONAL POLARIZED AND DIFFERENTIAL CHANNEL WHEN OBSERVING ABOVE-WATER OBJECTS UNDER CONDITIONS OF BACKGROUND RETURNS FROM VOLUME-DISTRIBUTED ENVIRONMENTS
Belkin K.A.
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The author suggests a method to fight background returns from volume-distributed environments. The method is based on differences in transformation of polarization condition of radar signals by the objects with polarization and isotropic reflection and real above-water objects with polarization and anisotropy reflection. Key words: polarization and difference processing of radar signals, polarization selection, reflection of radio waves from volume-distributed environments, above-water objects, sea surface, polarization and isotropic reflection of radio waves, polarization anisotropy, polarization contrast, polarization and difference channel. 1 figures. 3 sources.
1Белкин Константин Анатольевич, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории № 3, e-mail: [email protected]
Belkin Konstantin Anatoljevich, a senior research engineer of the research laboratory №3, e-mail [email protected]
Типичной ситуацией при работе радиолокационных станций (РЛС), выполняющих задачи на море, является наличие в зоне обзора объемно-распределенных сред (ОРС) как естественного, так и искусственного происхождения [1]. Являясь источником мешающих отражений, ОРС заметно уменьшают эффективность обнаружения и распознавания надводных объектов (НО) [2]. В случаях, когда интенсивность помех сопоставима с сигналом цели, а их относительные скорости невелики, поляризационные различия между полезными и мешающими отражениями могут быть выражены сильнее, чем другие [3, 4]. Анализ результатов экспериментальных исследований по раздельному приему ортогонально-поляризованных составляющих отраженного сигнала от некоторых НО и ОРС [5] показал, что уровни сигналов, отраженных от ОРС, слабо зависят от поляризации, и в случае равенства ортогональных составляющих в зондирующем сигнале вертикально и горизонтально-поляризованные компоненты принятых сигналов отличаются незначительно (поляризационно-изотропное отражение). Геометрические особенности конструкции корабля обуславливают наличие на нем участков поверхности как с по-ляризационно-анизотропным, так и с поляриза-ционно-изотропным отражением. Это объясняет различную форму сигналов, принятых по ортогональным каналам. Выявленные в работе [5] различия в преобразовании поляризационного состояния зондирующего сигнала исследованными объектами указали на необходимость использования информационных признаков, базирующихся на разности амплитуд сигналов, принимаемых по ортогональным каналам и являющихся мерой поляризационной анизотропности объекта.
В данной статье предлагается информационный параметр, определяемый выражением
и * () =
и вп а) -и гп ^)
и вп (?) + и гп (?)
Кг
(1)
где ивп - сумма вертикально-поляризованных
составляющих принимаемого сигнала; игп -сумма горизонтально-поляризованных составляющих; Кпор - пороговый коэффициент, зависящий от величины ивп , t - время.
В запись (1) не включены величины, характеризующие координаты наблюдаемой области. Подразумевается, что каждому значению t соответствует участок поверхности, определенный ориентацией диаграммы направленности (ДН) антенны при движении носителя РЛС.
Удобство параметра (1) заключается в возможности учета разности амплитуд ортогонально-поляризованных компонентов при отсутствии необходимости в нормировке для компенсации
затухания на трассе. Очевидно, что реализация предлагаемого поляризационно-разностного метода борьбы с мешающими отражениями от ОРС требует как минимум двух ортогональных каналов в приемном устройстве.
В основе решения о принадлежности наблюдаемого участка поверхности к определенному классу объектов лежит характер изменения
и*. ОРС, как объектам с поляризационно-изотропным отражением, соответствуют малые значения и *. Решение о наличии корабля в зоне обзора принимается путем сравнения полученного сигнала £ (и *, I) с эталонным сигналом цели Qi (и*, I) - характеристикой поляризационной анизотропности объекта. В результате формируется признак соответствия сигнала эталону Р, равный единице, если значение ковариационной функции соответствует заданному сходству сигналов, и нулю - если заданного соответствия нет.
Для горизонтальной поляризации сигнал от морской поверхности имеет характерные всплески, что может привести к возникновению поляризационного контраста [6]. Поэтому предлагается осуществлять контроль сигнала фона по
вертикальной составляющей ивп . Превышение
уровня сигнала порогового значения
(ивп > ипор) означает наличие объекта
( Кпор = 1). В противном случае Кпор = 0.
Для предотвращения срабатывания от мелких плавучестей, характер отражений от которых близок к отражениям от корабля, осуществляется контроль протяженности цели. Время существования сигнала должно быть не менее времени пролета носителем РЛС минимального горизонтального размера цели (способ применим при боковой или переднебоковой ориентации ДН антенны). Вводится признак Т = 1 при Улл х (^ - о > 4т.
Сигнал £(П,в,t0) , в котором заложена информация о положении цели, используется потребителем, если признаки Р и Т равны единице (2), т.е. сигнал с заданной точностью совпадает с эталоном
Г£ (Б,в, 10), Р х Т = 1 £ (Б,в, t0) = \ . (2)
4 07 [0, Р хТ = 0
Эталоны целей Qi (и*, t) (поляризационные портреты), Ьэт и уровня фона ипор для
определенных погодных условий хранятся в памяти вычислительного устройства.
С целью исключения элементов амплитудного радиолокационного изображения, пространственно соответствующих ОРС, и получения характерных поляризационных отношений в сигналах целей как дополнительного материала для анализа в системах распознавания предлагается включить в работу штатной РЛС дополнительный канал (ДК), реализующий описанный выше поляризационно-разностный метод через систему согласования каналов в соответствии со схемой (рис. 1):
Система согласования каналов, работающая на основе информации, поставщиками которой являются бортовые информационные системы (блок 6), служит для расчета момента включения дополнительного канала и определения участков изображения, к которым целесообразно применить совместную обработку изображений. Переменные коэффициенты, входящие в состав алгоритмов принятия решения по управлению совместной работой, формируются на основе данных базы эталонов (блок 11), в которой прописано соответствие входной информации (блок 6) режимам совместной работы дополнительного канала и штатной БРЛС и правила формирования изображения в блоке 8.
Устройство формирования поляризационно-разностного изображения (блок 10) работает в двух режимах: получение разностного изображения Р2(х, у) и формирование «нулей» в области отражений от ОРС Р3 (х, у) . Элементы Р3 (х,у) = 0 , при выполнении условия (3), в противном случае Р3 (х, у) = 1,
(и > итт) • (и > итт)
уи гп — и гп > уи вп — и вп >
(и * < и *пор), (3)
где игп, иВП - амплитуды сигналов, принятых по горизонтальному и вертикальному каналам
[ IРНСИА--■псрсгиготцн^т
Т|1Л КI
Ч)
Оегчча обработки [¡алиситоиаггиогпп.п:
~И1 11 11">1 ■
приемного устройства; иГП, итП - минимально возможные амплитуды сигналов, соответствующих ОРС; и *пор - максимальная анизотропность сигналов, соответствующих ОРС.
В блоке 8 происходит согласование систем координат РЛИ БРЛС и РЛИ ДК и формирование изображения Р4(х, у) . Элементы изображения
Р4(х,у)=Р(х,у), при Рз(х, у) = 1. Р4(х, у) = 0 , при Р3(х, у) = 0 . Р4(х, у) передается потребителю (блок 5) в случае, если в системе согласования, исходя из условий наблюдения, принимается решение о переводе состояния коммутатора (блок 4) в положение, обеспечивающее передачу РЛИ через блок 8. Так происходит устранение влияния мешающих отражений от ОРС.
Изображение, содержащее поляризационные распределения отражений на участке наблюдения, в блоке 10 преобразуется в изображение Р2(х,у) - совокупность отметок целей, полученных при сравнении сигналов с эталонами. После согласования координат в блоке 8, Р2 (х, у) передается без преобразований потребителю (блок 5), где используется для поляризационного «подкрашивания» РЛИ.
Таким образом, в статье разработан поля-ризационно-разностный метод, основанный на использовании информативного параметра, величина которого зависит от разности ортогонально-поляризованных компонентов принимаемых сигналов, что позволяет выявить различия в преобразовании поляризационного состояния падающей волны объемно-распределенными средами и некоторыми надводными объектами. Данный метод предлагается использовать в работе дополнительного ка-
Снитсиа ^к:рм иром н ия КЧИ (I' (я .у)}
Уитргм ¡иткк
ПДДЦКЗЯ1ЖИ II
рсп1с_|1яг"[т
РПГТС I
'.о; Инфоршац
СИС1¥Ы1л.
Л. А
Ь_к:\ь: тшаи'Л-иш ишхалил рнич;;! мчрнмотрия Е.илшчеция доп. Цриши,
1'ис: сма шгмтлсовршнн клнткш
Уяснена форч^ктания РЛИ [ и^л.'-ь; ичжчил
НО ЯИЛЛЫ.Ч ЛОН.
6-У
I ](П:|рЦЩ|ЦЧ(5ННОУ разлепитгльпос присче-псрсдающсс
№
система ->■ формировали*!
кш налов
03)
УЛ^юйсгт но форчиро 1а1ги!г гголиризм 1(ТОТПТО-р1\ я wni.il ичобр&нЁшш в нО&рднлагяИЛ
БРЛС акхц>'))
Рис. 1. Организация работы дополнительного канала и штатной РЛС
