CC BY
138
УДК 621.396.96
П.А. Калиновский
ПРОСТРАНТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ АЛГОРИТМЫ СЕЛЕКЦИИ НАЗЕМНЫХ ЦЕЛЕЙ В РЛС С ДОПЛЕРОВСКИМ ЗАОСТРЕНИЕМ
ЛУЧЕЙ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ
При селекции движущихся по поверхности раздела сред объектов возникают проблемы частотной селекции, обусловленные почти полным перекрытием спектра эхосигнала от объекта и спектра отражений от поверхности. Для выполнения задачи обнаружения можно использовать пространственновременную обработку сигналов на выходах нескольких антенн, разнесенных в азимутальной плоскости, для перекрывающихся диаграмм направленности (ДН) [1]. В режиме доплеровского заострения луча (упрощенном по сравнению с режимом синтезированной апертуры антенной решетки) можно использовать пространственные компенсационные методы, основанные на высокой корреляции эхосигналов от поверхности (и неподвижных наземных объектов) в каналах приемного устройства.
В работе производится сравнение методов компенсации помехи от подстилающей поверхности в двухканальном режиме селекции наземных движущихся ТЦЕЛЕЙ (ДКР СНДЦ), реализуемом в РЛС с моноимпульсной суммарноразностной антенной системой. Такие алгоритмы РЛС позволяют обнаруживать медленно движущиеся объекты.
Выделение полезных сигналов от движущихся объектов на фоне мощных помех от подстилающей поверхности основывается на использовании допле-ровской фильтрации когерентной пачки отраженных сигналов. В современных РЛС доплеровская фильтрация осуществляется цифровыми методами с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). При этом отсчеты после выполнения БПФ представляются как выходные сигналы набора допле-ровских фильтров. На рисунке 1 представлены характерные формы спектров полезных сигналов и помех, а также схематичное расположение амплитудночастотных характеристик доплеровских фильтров, где Бр -частота повторения импульсов в пачке.
Рисунок 1 - Спектры сигналов и помех, формируемых в режиме СНДЦ
Наиболее сложной в данном случае является ситуация, когда спектр полезного сигнала попадет в область, замаскированную отражениями от подстилающей поверхности, приходящими по основному лепестку диаграммы направленности (ДН) приемной антенны. Эффективным способом решения указанной проблемы является использование при приеме сигналов суммарного и разностного каналов моноимпульсной РЛС (МРЛС). Эффективным способом преодоления указанных ограничений является применение при приеме и обработке сигналов двух пространственных каналов - суммарного и разностного. Схема алгоритма обработки сигналов в двухканальном режиме СНДЦ показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема алгоритмов обработки сигналов в двухканальном режиме СНДЦ
спектра
обраб
Применение двухканального режима дает возможность при максимальных скоростях носителя увеличить сектор уверенного обнаружения движущихся объектов более, чем в три раза и расширить диапазон скоростей обнаруживаемых объектов. При этом, как правило, не требуется дополнительных аппаратных затрат в аналоговых трактах РЛС, поскольку большинсцог^Звременных МРЛС имеют в своем составе суммарный и разностный кацалы|ДОЙйм?юго Многокан
Алгоритм компенсации отражений от подстилающей поверхности в двух-
Двухканальныи , ~
канальном режиме основан на вычислении отсчетов спектра гМ«чоиеринтной
пачки принятого сигнала в суммарно^^ разностном каналах сапосЩЬдующим
их взвешенным вычитанием. В данном случае коэффициенты спектра на выхо-
- аналого- / 1 ч
де компенсатора помехи может быть представлена как (алгоритм 1)
Структурная схема алгоритма 1 эЛрдсбАвл-ена на рисункН Скопление Аш-ор™ 2 сигнала сигнала
Зк2[к] = 3£[к] - ВДк] 8д[к], па р|£алі||НО г°
где Кз2[к] - комплексные компенсирующие коэффициенты вйНЙВЙШй
Структурная схема алгоритма 2 представлена на рисунке 4анал)
(1)
(3)
Многокан
спектра
обраб
Рисунок 4 - Структурная схема алгоритма 2
На рисунках 3 и 4 использованы следующие обозначения: к - индекс, соответствующий номеру отсчета спектра принятого сигнала в одном канале дальности, совпадающий с номером компенсируемого фильтра 8К[к] - отсчеты
спектра смеси полезного сигнала и помехи от ОПП после компенсатора; 8^[к], 8д[к] - отсчеты спектров сигналов и от ОПП суммарного и разностного каналов соответственно; КЕ[к] - компенсирующие коэффициенты.
Компенсирующие коэффициещы кЕйк] и Ко2[к] рассчитываются соответ-
компоненты помехи гаенсатора:
(4)
ственно по формулам (4) и (5) из условия равенства ну. от подстилающей поверхности в отсчетах спектра посл
КохМ = БдМ / БгМ
или
Кв2[к] = [к] / 8д[к].
(2)
Если отражения от подстилающей поверхности, имеющие доплеровское смещение частоты Гак, приходят с азимутального направления ак, имеющего разность угла Лак = (ак - а0) отно^ител^з азимутального угла визирования а0, то уровни спектральных плотностей^отражений в суммарном 8^[к] и разностном 8Л[к] каналах на частоте Гак определяются модулем соответствующей ДН и
зависят от разницы углов Aak. Таким образом, компенсирующие коэффициенты KGi[k] и KG2[k] можно представить, как отношение комплексных диаграмм направленности суммарного G,(Aak) и разностного GA(Aak) каналов:
Kgi [ Aak] = GA(Aak)/Gz(Aak); (6)
KG2[Aak] = Gz(Aak) / GA(Aak). (7)
Задавшись комплексными диаграммами направленности суммарного Gs(Aak) и разностного GA(Aak) каналов, можно получить реальную и мнимую части:
• для ДН суммарного канала -
п ■ Aak 1 + cos(-----)
G, [Aat ].re =-----, G, [Aa, ].m = 0 , (8)
где - ширина. ДН антенны по уровню минус 25 дБ;
• для ДН разностного канала
п ■ Aa
Ga [Aat ].re = 0.5 ■ ^(12^), Ga [Aa ]im = 0. (9)
Графики для модулей возможных ДН суммарного и разностного каналов приведены на рисунке 5.
Рисунок 5. - Диаграммы направленности суммарно-разностной
антенной системы
Для сравнения алгоритмом 1 и алгоритмом 2 на рисунке 6 приведены кривые ОСШ для алгоритмов 1 и 2. Тонкой линией на рисунке показано ОСШ, полученное в соответствии с алгоритмом 2, жирной - в соответствии с алгоритмом 1.
Рисунок 6 - Зависимость ОСШ от номера фильтра для первого алгоритма
Из графика на рисунке 6 видно, что диапазон обнаруживаемых скоростей объектов в алгоритме 1 расширяется в сторону меньших скоростей. Но имеют место провалы ОСШ, для ликвидации которых целесообразно использовать алгоритм 2.
Наличие провалов при компенсации алгоритмом 1 подтверждается рисунком 7, на котором приведены результаты программного моделирования алгоритма 2.
Рисунок 7 - Зависимость ОСШ от скорости объекта при компенсации помехи от ОПП алгоритмом 2
Таким образом, для обнаружения объекта при любой его скорости, необходимо использовать комбинацию из алгоритмов 1 и 2.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Федосов В.П., Сурков М.Н. СДЦ в РЛС с синтезированной апертурой // Изв. вузов-Радиоэлектроника, Т. 32, N 4, 1989. С. 54-58.
