CC BY
47
netic Theory // IEEE Antennas & Propagation Magazine. -August, 1997. - Vol. 39, NO. 4. - P. 35-46.
13. Vladimir M. Onufriyenko, Petr A. Samolchev, Tatyana I. Sly-usarova. Interaction of an electrostatic field with a dielectric body // Conference Proceedings MIK0N'2000. - Wroclaw (Poland, May 22-24, 2000). - Vol. 2. - P. 502-505.
14. Volodymir M. Onufriyenko, Eldar I. Veliev. Electromagnetic theory radiation of electrical and magnetic fractal surface currents // Conference Proceedings ISAP'2000. - Fukuoka (Japan, August 21-25, 2000). - Vol. 3. - P. 1319-1322.
15. Onufriyenko V. M., Samolchev P. A., Slyusarova T. I. Reflection of a Plane Wave from a Cylinder with Fractal Properties of the Surface (far-field region) // Conference Proceedings MMET'2000. - Kharkov (Ukraine, September 12-15, 2000). -
Vol. 2. - P. 420-422.
16. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Наука, 1973. - 608 с.
17. Онуфриенко В. М., Слюсарова Т. И. Интегродифференци-альная модель взаимодействия монохроматической волны с круговым цилиндром // Радиотехника (Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник). -Харьков. - 2001. - № 118. - С. 16-21.
18. Самолчев П. О., Слюсарова Т. i. ¡нтегродиференшальна модель взаемодп монохроматично!' хвил1 з круговим цилшдром // Матер1али 5-го М1жнародного молод1жного форуму "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И МОЛОДЕЖЬ В XXI ВЕКЕ". -Харюв: ХТУРЕ, 24-26 кв1тня 2001 р. - Ч. 2. - С. 168-169.
УДК 621396.9
ПРОСТРАНСТВЕННО-(ПОЛЯРИЗАЦИОННО-) ВРЕМЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОМЕХ
Д.М.Пиза, М.П.Чернобородов, Ю.Л.Мейстер
Рассмотрены ограничения, возникающие при обработке сигналов на фоне комбинированных помех. Показано, что одной из причин, ограничивающих возможности пространственно-временной обработки сигналов, является амплитудно-фазовая модуляция пассивной составляющей помехи, принимаемой компенсационными каналами. Оценены модуляционные характеристики различных вариантов построения систем помехозащиты.
Розглянуто обмеження, якг виникаютъ за обробки сигналгв на фот комб1нованих завад. Показано, що одтею з причин обмеження можливостей просторово-часово'1 обробки сигналгв е амплгтудно-фазова модуляцгя пасивно'1 складово'1 пасивно'1 завади, яка приймаетъся компенсацшними каналами. Проведена оцтка модуляцтних характеристик за р1зних вар1ант1в побудови систем завадозахисту.
The restrictions arising from signals processed on a background combinsbgnoise are considered. This paper shows that one of the causes restricting the possibilities for spatial-temporal signals processing is the gain-phase modulation of a passive component noise received by the compensatory channels. The drive characteristics of various variants for construction of noise-immune systems are estimated.
Предположим, что в дальней зоне на антенную систему импульсно-доплеровской РЛС одновременно воздействуют активная и пассивная компоненты комбинированной помехи. Будем считать, что пространственно-(поляриза-ционно-) временная обработка сигналов выполняется в два этапа. Структурная схема такой обработки приведена на рис. 1.
На первом этапе сигнал подвергается обработке с помощью пространственного (поляризационного) фильтра. В результате такой обработки происходит переход от двух или многих каналов к одному. При этом на первом этапе происходит компенсация активной шумовой помехи. На втором этапе осуществляется временная согласованная обработка. Временная обработка, в соответствии с рис. 1, позволяет также выполнить селекцию полезного сигнала
на фоне пассивной помехи и решает проблему стабилизации уровня ложных тревог (СУЛТ).
Рисунок 1 - Структурная схема пространственно-(поляризационно-)временного фильтра
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА
Проведем анализ ограничений эффективности такой системы обработки при одновременном воздействии активных и пассивных помех. При этом на входах основного и вспомогательного каналов поляризационного (см. рис. 1) или пространственного фильтров действуют комплексные напряжения
Х1 = £ 1 + 111
Х2 = а2£2 + £2Д2 -
(1)
(2)
где £1 , £2 , 11 , 12 - комплексные составляющие активной и пассивной компонент комбинированной помехи, действующие в основном (индекс "1") и дополнительном (индекс "2") каналах; а2 и £2 - скаляры, характеризующие различие модулей коэффициентов усиления антенн основного и дополнительного (компенсационного) каналов в направлении на источники активной и пассивной помех.
На выходе пространственного (поляризационного) фильтра комбинированная помеха может быть представлена, как
= X + = £ 1 + 11 + УУ(а2£2 + £2112) , (3)
где У - комплексный весовой коэффициент, а ее дисперсия
О
2
= (о| + У2 а| о£ + 2 Уа2 р £о| ) +
(4)
+ (оД + у2Е2О2 + ^рдОД) = о|£ + о|пп .
ч • (£ 1Ч2 )
Здесь р £ = —=т-£ 2 + £ 2
• (1 1*112 ) и рл = ———
12 +12
(5)
комплексные коэффициенты корреляции, соответственно, активной и пассивной компонент комбинированной помехи в каналах приема.
В результате исследования экстремумов частных производных слагаемых уравнения (3), в предположении независимости компонент, получены оптимальные значения весовых коэффициентов
т
£ оР!
р£-
е *
1 ор!
а
£2 '
(6)
(7)
Из выражений (6) и (7) непосредственно следует, что эффективная компенсация помех в адаптивном фильтре возможна в случае, когда весовые коэффициенты сформированы с учетом реальных соотношений уровней помех
и их фазировки в каналах приема. В общем случае р£ Ф рд , а2 Ф £2 , * Ф и , поэтому пространственный (поляризационный) фильтр не может эффективно минимизировать обе составляющие комбинированной помехи. Адаптивный фильтр, использующий либо пространственные либо поляризационные отличия сигналов и помех, минимизирует компоненту с большей интенсивностью. Если преобладающей является интенсивность активной помехи, то весовые коэффициенты формируются по выражению (6), в противном случае - по выражению (7).
Таким образом, возникновение достаточно мощной пассивной помехи в цепях формирования весовых коэффициентов пространственного (поляризационного) фильтра наряду с имеющейся активной помехой приводит к перестройке весовых коэффициентов и, как следствие, к ухудшению подавления активной маскирующей помехи. При этом, за счет возникающих переходных процессов в компенсационном канале адаптивного фильтра, модулируется
пассивная составляющая комбинированной помехи Д2 .
Это, в свою очередь, может приводить к существенному снижению эффективности устройств временной межпери-одной обработки [1].
Анализ реальной помеховой обстановки дает основание сделать вывод, что даже в те моменты времени, когда одновременно выполняются условия а2 = £2 , и * = и ,
(т.е. активная и пассивная помехи действуют с одного направления) комбинированная помеха на выходе типовых пространственно- (поляризационно-) временных фильтров не может быть эффективно подавленной. Это обусловлено низким межканальным коэффициентом корреляции развившейся по пространству пассивной помехи, ограничивающей эффективность пространственного (поляризационного) фильтра. Действительно, такая помеха не может быть представлена дельта-коррелированным по угловым координатам процессом [2].
Другим существенным ограничением, обуславливающим низкую эффективность фильтрации пассивной составляющей комбинированной помехи, является флуктуация весовых коэффициентов адаптивных пространственных (поляризационных) фильтров. Флуктуационные ошибки адаптивных фильтров обусловлены ограниченным интервалом усреднения в формирователях весовых коэффициентов. Флуктуация квадратурных составляющих весовых коэффициентов приводит к амплитудно-фазовой модуляции пассивной составляющей помехи, принимаемой компенсационными каналами приема.
Еще одной причиной возникновения модуляции пассивной помехи, принимаемой компенсационными каналами приема, является нестационарность активной составляющей комбинированной помехи особенно при малых значениях частоты повторения импульсов и относительно большом количестве фильтровых каналов устройства межпери-одной обработки.
Если представить весовой коэффициент У в виде суммы некоторого оптимального значения, определяемого выражением (6), и флуктуационной ошибки
42
1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 2, 2001
У= У£ор! + £ = £ - р£
а
(8)
2
то пассивная помеха на выходе адаптивного пространственного (поляризационного) фильтра может быть записана
Х^д = 11 + У£ор!£212 + £212 .
(9)
Анализ показывает, что нестационарная составляющая пассивной помехи на входе устройства межпериодной обработки определяется третьим слагаемым в выражении (9). При этом снижение уровня нестационарной составляющей, ограничивающей эффективность межпериодной обработки, может быть обеспечена уменьшением флукту-
ационной ошибки £.
В этой связи представляло интерес оценить величину флуктуационной ошибки для различных алгоритмов работы вычислителей весовых коэффициентов. На рис. 2 приведены результаты математического моделирования, характеризующие зависимость отклонения весовых коэффициентов О^ от отношения помеха/собственный шум дп.
Рисунок 2 - Зависимость среднеквадратических
отклонений весовых коэффициентов О№ от отношения помеха/собственный шум дп (прямое вычисление весов)
Вычислению среднеквадратических значений предшествовала операция центрирования по реализуемым значениям математического ожидания весовых коэффициентов.
Причем кривыми 1, 2 и 3 приведены соответствующие зависимости для интервалов интегрирования равных 64, 16 и 4 выборки при прямом вычислении весовых коэффициентов [3].
Анализ флуктуационных характеристик проведен также для адаптивных фильтров на базе известных автокомпенсаторов помех с градиентным, а также релейным методами вычисления весовых коэффициентов [3]. На рис. 3 кривыми 1 и 2 приведены зависимости нормированных среднеквадратических отклонений весовых коэффициентов от параметра соответственно, для градиентного и релейного алгоритмов.
Рисунок 3 - Зависимость среднеквадратических значений О№ весовых коэффициентов от отношения
помеха/собственный шум дп (1 - градиентный алгоритм, 2 - релейный алгоритм)
Из совместного анализа кривых, приведенных на рис. 2 и 3, следует, что чем меньше интервал интегрирования или чем выше скорость сходимости алгоритма формирования весовых коэффициентов, тем больше флукту-ационная ошибка и тем более весомым является ограничение эффективности устройств временной обработки. Флуктуационная ошибка также существенно зависит от действующего отношения помеха/шум Причем при малых значениях отношения активная помеха/шум флук-туационная ошибка существенно возрастает.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Я.Д.Ширма-на - М,: Сов.радио, 1970. - 560 с.
2. Обработка сигналов в многоканальных РЛС /А.П.Лукошкин, С.С.Каринский, А.А.Шаталов и др./ Под ред. А.П.Лукошкина. -М.: Радио и связь, 1983. - 328 с., ил.
3. Пиза Д.М., Татарчук И.К., Томачинский Н.Т. Алгоритмы адаптации цифровых автокомпенсаторов. / Радиопромышленность, № 11, 1993.-с. 34-37.
