CC BY
68Vorotyntsev A.V., Kadomtceva A.V. Obtaining high purity methylsilane interaction me-thyltrichlorosilane with barium hydride................................................................ 287
ECONOMICS, INNOVATIONS AND MANAGEMENT........................................ 293
Kornilov D.A. Effective strategic business management and estimation of cost................ 293
Yashin S.N., Lebedev Yu.A., Koshelev E.V., Kuptsov A.V. Formation of the economic
mechanism of gradual updating of company's equipment park..................................... 305
Ivanov A.A., Ivanova N.D. Activity-based cost system and balanced scorecard application peculiarities on the russian enterprises................................................................. 314
SOCIAL SCIENCES, EDUCATIONAL INNOVATIONS, PR-TECHNOLOGIES.......... 321
Fomenkov A.A. Soviet slavophils and national-bolsheviks - two groups of «russian party»
during stagnation period: the general and the difference.......................................... 321
Smirnov Y.V., Malov S.V. Realism in philosophy and methodology of history: problem of
object reconstruction.................................................................................... 328
Bagaev A.V. The organization of life society......................................................... 336
MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS.................................................... 342
Valetov V.A., Medunetskiy V.V. Special features of forming functional surfaces of molds
using electric discharge equipment for devices constructional elements manufacturing..............342
Vavilov V.D. Sensor of the angular displacement on base gigantic magnitoresistivs effect.... 347
Dolgov A.N. Application notes for low-pass filters in mems................................................................................353
MATHEMATICAL METHODS IN NATURAL,
TECHNICAL ANDSOCIAL SCIENCES...................................................................... 358
Eliseev M. E., Repnikov A. A., Pronin D. M., Sangalov M.E., Tomchinskaya T. N. Subsystem of the analysis of centers of the interactivemap of traffic accidents....................... 358
Kuznetsov A.A., Permjakov S.A. About natural normalization of the l.heart rhythm diagram...... 363
Krivonosov L.N., Lukianov V.A. Extreme curves on 4-dimentional conformally connected space......................................................................................................... 369
РАДИОТЕХНИКА, СИСТЕМЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ, АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВА СВЧ
УДК 621.396.96
С.В. Катин, А.В. Кашин, В.А. Козлов, А.Л. Кунилов
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СТАНЦИЙ БЛИЖНЕЙ РАДИОЛОКАЦИИ С СШП-ШУМОВЫМИ СИГНАЛАМИ
Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова
Исследована потенциальная помехоустойчивость СШП-шумовых РЛС с обработкой сигналов взаимно-корреляционным методом и методом двойного спектрального анализа при воздействии широкого класса активных преднамеренных и непреднамеренных помех. Получены численные оценки коэффициентов подавления для рассматриваемых видов активных помех и определены наиболее опасные из них.
Ключевые слова: СШП-шумовые РЛС, активные помехи, помехоустойчивость, компьютерное моделирование.
Введение
Сложность электромагнитной обстановки, обусловленная расширением номенклатуры используемых излучающих радиоэлектронных средств (РЭС), а также совершенствованием технических средств и методов ведения радиоэлектронной борьбы (РЭБ), приводит к необходимости поиска новых принципов построения радиолокационных систем, обладающих высокой скрытностью, электромагнитной совместимостью (ЭМС), помехоустойчивостью и информативностью.
Одним из перспективных направлений построения РЛС ближнего обнаружения с подобными характеристиками является применение СШП-шумовых сигналов, обеспечивающих потенциальную возможность однозначных и высокоточных измерений дальности и скорости объектов. Согласно существующему определению, к СШП-сигналам относятся такие сигналы, отношение ширины спектра которых к центральной частоте спектра превышает 0,25 [1]. Обработка шумовых СШП-сигналов в РЛС может осуществляться как взаимно-корреляционным методом (ВКО), так и методом двойного спектрального анализа (ДСА) [2].
Метод ВКО основан на сравнении в каналах дальности коррелятора отражённого сигнала с задержанной копией зондирующего сигнала и является традиционным при создании оптимальных приёмников большинства типов РЛС с узкополосными сигналами.
Метод ДСА построен на принципе измерения спектра модуляции спектра суммарного сигнала передатчика и отражённого сигнала. Первые публикации по данному принципу относятся к середине 60-х годов прошлого века, когда была теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность обработки шумоподобных сигналов методом ДСА [2]. Предложенный метод получил дальнейшее развитие в работах, посвящённых оценкам точностных и энергетических характеристик РЛС, проблемам борьбы с отражениями от местных предметов, и т.д. [3-5]. В настоящее время в связи с развитием цифровой и микропроцессорной техники метод ДСА рассматривается как наиболее перспективный.
Несмотря на увеличение количества публикаций по тематике СШП-шумовой радиоло-
© Катин С.В., Кашин А.В., Козлов В.А., Кунилов А.Л., 2012.
кации, в открытой печати отсутствуют сведения о завершённых разработках образцов РЛС. Осторожность в подходе к практическому применению данных сигналов в радиолокационной аппаратуре обусловлена, не в последнюю очередь, отсутствием информации о возможной потере её работоспособности при воздействии активных помех, создаваемых как излучающими СВЧ РЭС (РЛС, РРЛ, GPS, ГЛОНАСС, сотовая связь и т.д.), так и средствами радиоэлектронного противодействия (РЭП) в условиях ведения РЭБ.
Целью настоящей работы является представление результатов исследований потенциальной помехоустойчивости СШП-шумовых РЛС ближнего обнаружения, полученных в рамках решения задач обеспечения их ЭМС и РЭБ.
Исследования проводились с помощью компьютерного моделирования для двух вариантов построения СШП-шумовых РЛС: с обработкой сигнала методом ДСА и методом ВКО. Ширина спектра шумового зондирующего сигнала составляла Д/0 = 0,3 ГГц при центральной частоте /0 = 1 ГГц, дальность до цели - R = 5 м. По результатам моделирования оценивались численные значения коэффициентов подавления для всех рассматриваемых видов помех (отношение помеха/сигнал на входе РЛС, при котором на выходе сигнал примерно равен помехе).
В качестве моделей сигналов излучающих СВЧ РЭС использовались:
• непрерывный шумовой сигнал (НШ) с /0 = 1 ГГц и А,РШ = 50 МГц;
• импульсно-модулированный сигнал (ИМ) с несущей частотой /0 = 1 ГГц, длительностью радиоимпульса ти = 1 мкс и периодом следования Тсл = 10 мкс. Предполагалось, что станция РЭП создаёт помехи следующего вида [6]:
• заградительная непрерывная шумовая помеха (НТТТП) во всей полосе СШП-шумовой РЛС;
• заградительная импульсно-шумовая помеха (ИШП) во всей полосе СШП-шумовой РЛС с длительностью импульса ти = 1 мкс, периодом следования Тсл = 10 мкс;
• заградительная непрерывная ЧМ-помеха (ЧМП) с перестройкой частот по всему диапазону за время ТЧМ = 5 мкс;
• ретранслированная помеха (РП) с задержкой зондирующего сигнала в станции РЭП на время тз = 0,1 мкс.
Для повышения достоверности получаемых результатов моделирование осуществлялось сериями по десять запусков в каждой.
СШП-шумовая РЛС с обработкой сигнала методом ДСА
Функциональная схема СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА
На схеме (рис. 1) приняты следующие обозначения: ГШ - задающий генератор шума; Д - делитель сигнала; УМ - выходной усилитель мощности передатчика; ПРМ - широкополосный приёмник; С - сумматор сигнала передатчика с выходным сигналом ПРМ; АС1 - анализатор спектра последовательного типа; АД - амплитудный детектор; ФВЧ -фильтр верхних частот; АС2 - анализатор спектра параллельного типа.
Метод ДСА основан на процедуре определения спектра модуляции спектра суммарного сигнала ГШ и отражённого сигнала на выходе сумматора С, реализуемой последовательным
АС1 и параллельным АС2 анализаторами спектра. Подробно принцип работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА рассмотрен в [5].
Разработанная на основе функциональной схемы рис. 1 структурная схема модели СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема модели СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА
На схеме рис. 2 приняты следующие обозначения: ИШ - источник нормального «белого» шума; ППФ - полосно-пропускающий фильтр; БЗ - блок задержки; ИП - источник помех; С - сумматор; АС1 - анализатор спектра последовательного типа; АД - амплитудный детектор, ФВЧ - фильтр высокой частоты, АС2 - анализатор спектра параллельного типа.
Результаты моделирования, поясняющие метод ДСА, приведены на рис. 3.
Рис. 3. Результаты моделирования:
а - спектр на выходе сумматора С; б - осциллограмма на выходе АД; в - спектр на выходе ФВЧ
Как видно на спектрограмме рис. 3, а, спектр суммарного сигнала сгруппирован относительно центральной частоты спектра зондирующего сигнала /0 = 1 ГГц, при этом расстояние (период модуляции спектра) А/с между его максимумами составляет Д/с = 30 МГц.
Осциллограмма рис. 3, б отражает перенос модуляции спектра суммарного сигнала из частотной области во временную с помощью последовательного анализатора спектра АС1 (перестраиваемого по частоте узкополосного фильтра) и последующее выделение огибающей с помощью АД. Время перестройки (анализа) АС1 Та составляло Та = 100 мкс.
На рис. 3, в приведён спектр колебания на выходе ФВЧ, регистрируемый параллельным анализатором спектра АС2. Частота этого колебания /М определяется по формуле [2]
_ 2Я55
1ы ~
С
и для дальности Я = 5 м и скорости перестройки 55 = А//ТА = 3 МГц/мкс составляет ¡М = 100 кГц.
СШП-шумовая РЛС с обработкой сигнала методом ВКО
Функциональная схема СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведена на рис. 4.
На схеме (рис. 4) приняты следующие обозначения: ГШ - задающий генератор шума; Д - делитель сигнала ГШ; УМ - выходной усилитель мощности передатчика; ШЛЗ - широкополосная многоотводная линия задержки; ПРМ - широкополосный приёмник; МК - многоканальный коррелятор.
Рис. 4. Функциональная схема СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО
Метод ВКО основан на принципе определения взаимно-корреляционной функции отражённого и опорного сигналов, реализуемом многоканальным коррелятором.
Разработанная на основе функциональной схемы рис. 4 структурная схема модели СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО представлена на рис. 5.
Рис. 5. Структурная схема модели СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО
На схеме (рис. 5) приняты следующие обозначения: ИТТТ - источник нормального «белого» шума; ППФ - полосно-пропускающий фильтр; БЗ - блок задержки; ИП - источник помех; С - сумматор; БУЗ - блок управляемой задержки; Х - перемножитель, ФНЧ - фильтр низкой частоты.
При проведении моделирования исследовалась взаимно-корреляционная функция, полученная по результатам анализа напряжений на выходе каналов дальности МК.
Результаты моделирования, поясняющие метод ВКО, приведены на рис. 6.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100нс
Рис. 6. График взаимно-корреляционной функции
Как видно на графике (рис. 6), на всём интервале задержек МК наблюдается только один корреляционный максимум, соответствующий каналу дальности Я = 5 м.
Непрерывно-шумовая помеха (НШ) в полосе частот = 50 МГц
Данная модель помехи имитирует излучение РЭС типа РРЛ и станций сотовой связи. Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 7.
!
200
400 600
а)
1000 КГц
400 600 800 1000 КГц 0 200 400 600 б) В)
На рис. 7, а видно, что спектр помехи на выходе ФВЧ имеет огибающую вида ^шх/х с максимумом на частоте среза ФВЧ ^ФВЧ = 60 кГц.
Спектр на рис. 7, б имеет два максимума, из которых один находится на частоте = 100 кГц, соответствующей дальности Я = 5 м, второй - на частоте ^ФВЧ = 60 кГц и обусловлен наличием помехи. При этом отношение помеха/сигнал на входе составляет 10 дБ.
На рис. 7, в сигнал и помеха на выходе ФВЧ примерно равны, при этом отношение помеха/сигнал на входе составляет 16 дБ и является предельным.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 8.
а) б) в)
Рис. 8. Графики взаимно-кор реляционной функции:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха = 1
График взаимно-корреляционной функции, приведённый на рис. 8, б, построен при отношении помеха/сигнал на входе, равном 18 дБ, на рис. 8, в - при отношении 24 дБ (предельный уровень). Сравнение графиков рис. 8 показывает, что с увеличением уровня помех возрастают корреляционные шумы, обусловленные взаимодействием двух не коррелированных между собой узко- и широкополосного случайных процессов.
Импульсно-модулированная помеха (ИМ) (/0 = 1 ГГц, ти = 1 мкс, Тсл = 10 мкс)
Данная модель помехи имитирует излучение РЭС типа радиоимпульсных РЛС, GPS и ГЛОНАСС. Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 9.
а) б) в)
Рис. 9. Спектры сигналов и помех на выходе ФВЧ:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
На рис. 9, а видно, что спектр на выходе ФВЧ имеет монотонно спадающую огибающую с максимумом на частоте среза ФВЧ ^фВЧ = 60 кГц.
Спектр на рис. 9, б имеет максимумы на частоте среза ФВЧ ^ФВЧ = 60 кГц и частотах = 100 кГц, 200 кГц, 300 кГц, соответствующих дальностям Я = 5 м, 10 м и 15 м. При этом отношение помеха/сигнал на входе составляет 14 дБ.
На рис. 9, в сигнал и помеха на выходе ФВЧ примерно равны, при этом отношение помеха/сигнал на входе составляет 24 дБ и является предельным.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 10.
50
В)
Рис. 10. Графики взаимно-корреляционной функции:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха = 1
График взаимно-корреляционной функции, приведённый на рис. 10, б, построен при отношении помеха/сигнал на входе, равном 18 дБ, на рис. 10, в - при отношении 34 дБ (предельный уровень). Сравнение графиков рис. 10 показывает, что с увеличением уровня помехи возрастают корреляционные шумы, обусловленные взаимодействием двух некоррелированных между собой узкополосного детерминированного сигнала и широкополосного случайного процесса.
Непрерывно-шумовая помеха (НШП) в полосе частот = 0,3 ГГц
Данная помеха излучается станцией РЭП и является заградительной. Модель данной помехи может быть использована также при исследовании стойкости СШП-шумовых РЛС к перекрёстным помехам при одновременной работе их в составе ансамбля.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 11.
И
200 400 600 800 1000 КГц а) б) в)
Рис. 11. Спектры сигналов и помех на выходе ФВЧ:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
На рис. 11, а видно, что при наличии помехи спектр на выходе ФВЧ имеет огибающую вида sinx/x с максимумом на частоте среза ФВЧ ^ФВЧ = 60 кГц.
Спектрограмма, приведённая на рис. 11, б, получена при отношении помеха/сигнал на входе, равном 6 дБ, на рис. 11, в - при отношении 10 дБ (предельный уровень).
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 12.
40 50
а)
40 50
В)
40 50 б)
График, приведённый на рис. 12, б, построен при отношении помеха/сигнал на входе, равном 17 дБ, на рис. 12, в - при отношении 21 дБ (предельный уровень).
Сравнение графиков рис. 12 с графиками рис. 8 показывает, что с расширением спектра шумовой помехи возрастают корреляционные шумы, обусловленные взаимодействием двух не коррелированных между собой широкополосных случайных процессов.
Импульсно-шумовая помеха (ИШП) в полосе = 0,3 ГГц (тИ = 1 мкс, 7еЛ = 10 мкс)
Данная помеха излучается станцией РЭП и является заградительной.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 13.
а) б) в)
Рис. 13. Спектры сигналов и помех на выходе ФВЧ:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
Спектрограмма, приведённая на рис. 13, б, получена при отношении помеха/сигнал на входе, равном 17 дБ, на рис. 13, в - при отношении 19 дБ (предельный уровень).
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 14.
Рис. 14. Графики взаимно-корреляционной функции:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
График, приведённый на рис. 1 4, б, построен при отношении помеха/сигнал на входе, равном 21 дБ, на рис. 1 4, в - при отношении 27 дБ (предельный уровень). Взаимно-корреляционная функция имеет единственный максимум.
Непрерывная ЧМ-помеха (ЧМП) в полосе = 0,3 ГГц (ГЧМ = 5 мкс)
Данная помеха излучается станцией РЭП и является заградительной.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 15.
Спектрограмма, приведённая на рис. 13, б, получена при отношении помеха/сигнал на входе, равном 10 дБ, на рис. 15, в - при отношении 14 дБ (предельный уровень).
По форме спектрограммы, приведённые на рис. 1 5, близки к приведённым на рис. 1 3 для непрерывно-шумовой помехи в полосе частот АГ = 0,3 ГГц.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 16.
а) б) в)
Рис. 15. Спектры сигналов и помех на выходе ФВЧ:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
G 10 20 30 О 50 60 7G ВО 90 100 нс 0 10 20 30 40 50
а) б)
в)
Рис. 16. Графики взаимно-корреляционной функции:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс помеха; в - на выходе сигнал/помеха =1
График, приведённый на рис. 16, б, построен при отношении помеха/сигнал на входе, равном 19 дБ, на рис. 16, в - при отношении 25 дБ (предельный уровень). Взаимно-корреляционная функция имеет единственный максимум.
Ретранслированная помеха (тЗ = 0,1 мкс)
Данная помеха формируется станцией РЭП из принимаемого зондирующего сигнала РЛС. Задержанный и усиленный в станции РЭП принятый сигнал переизлучается в направлении на СШП-шумовую РЛС.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ДСА приведены на рис. 17.
а)
0.5
I I I
1000 КГц
в)
400 600 800 1000 КГц
Спектрограмма, приведённая на рис. 17, б, получена при уровне входной помехи, равном уровню входного сигнала, на рис. 17, в - при отношении помеха/сигнал на входе, равном 2 дБ (предельный уровень).
Анализ результатов, приведённых на рис. 17, показывает:
• при отсутствии на входе отражённого сигнала СШП-шумовая РЛС воспринимает помеху как полезный сигнал на увеличенной дальности Яу = 20 м (Ру = 400 кГц);
• при одновременном приёме отражённого сигнала и помехи в спектре модулирующего сигнала на выходе ФВЧ, кроме спектральных составляющих Р = 100 кГц и Ру = 400 кГц, соответствующих дальностям Я = 5 м и Яу = 20 м, наблюдается комбинационная составляющая Рк = Ру - Р = 300 кГц, соответствующая дальности Як = 15 м.
Результаты моделирования работы СШП-шумовой РЛС с обработкой сигнала методом ВКО приведены на рис. 18.
Рис. 18. Графики взаимно-корреляционной функции:
а - на входе только помеха; б - на входе сигнал плюс по меха
График, приведённый на рис. 18, б, получен при уровне входной помехи, равном уровню входного сигнала. На рис. 18, б видно, что на выходе МК в каналах дальности Я = 5 м и Яу = 20 м наблюдаются максимумы отраженных сигналов, т. е. помеха и сигнал не различимы.
Предельные значения уровней рассмотренных помех, нормированных к уровню отражённого шумового сигнала на входе РЛС (коэффициенты подавления), даны в табл. 1.
Таблица 1
Коэффициенты подавления
НШ АР = 50 МГц ИМ ти = 1 мкс НШП АР = 0,3 ГГц ИШП ти = 1 мкс ЧМП АР = 0,3 ГГц РП тЗ = 0,1 мкс
ДСА 16 дБ 24 дБ 10 дБ 19 дБ 14 дБ 2 дБ
ВКО 24 дБ 34 дБ 21 дБ 27 дБ 25 дБ 0 дБ
Из табл. 1 следует, что:
• наибольшую опасность для СШП-шумовых РЛС представляют ретранслированные помехи;
• СШП-шумовая РЛС с обработкой сигнала методом ВКО более устойчива к действию активных помех.
Заключение
Для предложенных моделей СШП-шумовых РЛС исследована устойчивость к действию основных видов активных помех, создаваемых излучающими СВЧ РЭС и станциями РЭП. Показано, что обработка сигнала методом ВКО обеспечивает, по сравнению с методом ДСА, более высокую помехоустойчивость РЛС.
Количественные оценки потенциальной помехоустойчивости СШП-шумовых РЛС
