CC BY
87
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
УДК 621.396.967; 621.396.962
Н.Е.Быстров
РЕЖЕКЦИЯ МЕШАЮЩИХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ КВАЗИНЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫМ ЗАКОНОМ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИИ
The efficiency of underlying surface clutters time rejection of quasi-continuous pseudo random signal transmission and reception is researched. Estimations of energy loss and noise-immunity gain versus rejection zone and quasi-continuous signal parameters are obtained.
Введение
Распространенным видом сигналов, используемых в радиолокационных системах, являются квазинепрерывные зондирующие сигналы большой длительности с псевдослучайным законом амплитудной и фазовой манипуляцией [1]. Для повышения достоверности обнаружения сигналов при воздействии пассивных помех, вызванных отражениями от подстилающей поверхности, динамический диапазон приемника не должен превышать возможности устройства обработки сигналов по подавлению боковых лепестков функции неопределенности (ФН). В противном случае мощные помехи, не ограниченные в достаточной степени в приемном тракте, будут маскировать слабые сигналы по боковым лепесткам ФН.
Псевдослучайный характер амплитудной манипуляции квазинепрерывного сигнала позволяет использовать специфический способ борьбы с мешающими отражениями, называемый временной режекцией [2].
Суть временной режекции мешающих отражений состоит в том, что в моменты поступления на входы дальномерных каналов обработки импульсов мощных помех производится бланкирование тех корреляционно-фильтровых каналов, задержки опорных сигналов которых отличаются от задержек режектируемых помех.
Целью настоящей работы является исследование эффективности временной режек-ции мешающих отражений от подстилающей поверхности.
Алгоритм режекции пассивных отражений от подстилающей поверхности
В практических случаях в ближней зоне отражения от подстилающей поверхности значительно превышают динамический диапазон приемного тракта. Очевидно, для повышения помехоустойчивости именно в зоне превышения динамического диапазона и целесообразно производить режекцию мешающих отражений.
Примем, что модулирующая последовательность W = {wt}, е{0,±1} с длительно-
стью дискрета А задает псевдослучайный закон амплитудно-фазовой манипуляции зондирующего сигнала. При квазинепрерывном режиме излучения и приема сигналов коммутация передающего тракта РЛС производится по закону двоичной последовательности X = {xj}, Xj = \wj |, Xj е {0,1}, а приемный тракт коммутируется по закону инверсной последовательности X = {х{}, xt = 1 -xt, xt е {0,1}, и тем самым исключается непосредственное проникновение сигнала передатчика в приемный тракт обработки.
Пусть зона режекции распределенных помех содержит ^еж элементов разрешения
по дистанции. В этом случае все дальномерные каналы корреляционной обработки с = 1,..., C max можно разбить на две группы. Первая группа каналов настроена на обработку эхо-сигналов, задержки которых не превышают установленную зону режекции. В этих каналах временная режекция отражений не производится. Во второй группе дальномерных каналов вводится режекция только тех эхо-сигналов, задержки которых соответствуют зоне режекции.
Определим вектор режекции помех, который разделяет каналы на режектируемые и без режекции:
Г1, если c > N ,
Vc =\ Р c = 0,..., C max.
I0, если c <^,еж,
В соответствии с вектором режекции помех формируется дискретная последовательность бланкирования Хрежc = {хреж. c}, хреж, c є 0,1, i = 0,..., N -1 для c -го дальномерного канала обработки по правилу
Хрежг, с = К ■ и Х1-* , С = 0’-’ С таХ-,5=1
Демодулирующая последовательность вс -м дальномерном корреляционном канале обработки строится на основе посимвольного произведения
= X •
режI с реж;- с 1-с •
Элементы демодулирующей последовательности всегда обращаются в 0, когда они приходятся на моменты воздействия импульсов мешающих отражений.
Оценка энергетических потерь при режекции пассивных отражений
Увеличение зоны режекции приводит не только к уменьшению мощности помех в корреляционных каналах обработки, но и к возрастанию энергетических потерь. Энергетические потери в установленной зоне режекции помех зависят от пик-фактора р/ и от длительности импульса Ах = дх • А амплитудной манипуляции квазинепрерывного сигнала. Так, если длительность импульса амплитудной манипуляции достаточно мала, то распределенные мешающие отражения перекроют большое число импульсов полезного сигнала и вызовут большие энергетические потери при режекции помех. Увеличение длительности импульса амплитудной манипуляции приведет к снижению энергетических потерь.
Произведем оценку энергетических потерь в зависимости от величины зоны режек-ции пассивных отражений и параметров квазинепрерывного сигнала.
В дальнейшем будем называть кольцом режекции дистанцию, включающую дх элементов разрешения. Если зона режекции пассивных отражений содержит Жреж элементов
разрешения по дальности, то количество колец режекции в зоне будет равно Креж = ^реж / Н х. Тогда можно дать следующую оценку потерь в отношении сигнал/шум в
зависимости от количества режектируемых элементов дистанции и длительности дискрета амплитудной манипуляции [2]:
р/ -1Л ^реж
Тс/ш I Г \ рр
Зависимости потерь в отношении сигнал/шум от количества режектируемых элементов разрешения по дистанции для четырех значений пик-фактора приведены на рис.1а-г. Параметром семейства кривых служит длительность дискрета амплитудной манипуляции квазинепрерывных сигналов д х.
Как и следовало ожидать, энергетические потери монотонно возрастают с увеличением зоны режекции пассивных отражений. При этом увеличение длительности дискрета
амплитудной манипуляции приводит к уменьшению потерь в отношении сигнал/шум. При режекции помех в диапазоне 64 элементов дистанции для пик-фактора зондирующего сигнала р/ = 3 (рис.1а) энергетические потери снижаются с 14 дБ до 3,5 дБ при изменении параметра дх от 8 до 32. Уменьшение пик-фактора зондирующего сигнала приводит к снижению потерь в отношении сигнал/шум.
дБ
а)
У Сш 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
дБ
р / = 7
0 8 16 24 32 40 48 56 ЛТ„
У Сш,
0
-2
-4
Мх=8 -6
XXX
Мх=16 -8
1 1 1 -10
цх=32 -12
□ □ □
-14
-16
У сш
0
-1
И-х=8 -2
*** -3
Их=1б
л—1—ь -4
цх=32 -5
□ □ □
-6
-7
-8
1 *
С
р/ = 5
0 8 16 24 32 40 48 56 Мш
б)
, дБ
Рр = 1
0 8 16 24 32 40 48 56 Ыре
в) г)
Рис.1. Потери в отношении сигнал/шум в зависимости от числа режектируемых элементов дистанции
Таким образом, приведенные зависимости показывают, что с целью снижения энергетических потерь при режекции помех целесообразно увеличивать длительность дискрета амплитудной манипуляции квазинепрерывного сигнала и его пик-фактор. Однако при этом следует отметить, что увеличение этих параметров приводит к увеличению боковых лепестков взаимной функции неопределенности (ВФН) квазинепрерывных сигналов, а следовательно, и к возрастанию мощности помех в корреляционных каналах обработки.
Оценка эффективности режекции помех от подстилающей поверхности
Для анализа эффективности временной режекции было произведено имитационное моделирование обработки квазинепрерывных сигналов при режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности. При моделировании квазинепрерывные сигналы формировались по закону посимвольного умножения бинарных М-последовательностей и случайных двоичных последовательностей с различными длительностями Ат = д х • А дискрета и значениями пик-фактора.
При исследовании эффективности полагалось, что мощность мешающих отражений Рп1реж значительно превосходит мощность шума Рш1реж. Поэтому эффективность режек-
ции мешающих отражений от подстилающей поверхности характеризовалась частным показателем
Преж
Рс1/Рп1
Рс1 /рп'
реж реж
отношение сигнал/помеха на выходе устройства обработки без режекции и с режекцией пассивных отражений.
Следует отметить, что введенный показатель эффективности режекции помех практически не зависит от мощности излучения, характеристик приемно-передающего тракта, удельной ЭПР поверхности и разрешающей способности по дальности. Эффективность подавления пассивных отражений будет определяться количеством режектируемых элементов дистанции и параметрами квазинепрерывного сигнала.
Возникает вопрос, какая должна быть зона режекции, которая максимизирует отношение сигнал/(помеха+шум) в корреляционных каналах обработки?
Результаты исследований выигрыша в отношении сигнал/помеха преж в зависимости
от зоны режекции пассивных отражений Жреж представлены на рис.2а-г для разных значений пик-фактора. Параметром зависимостей является длительность дискрета амплитудной манипуляции квазинепрерывного сигнала д х.
реж
, дБ
, дБ
а)
1реж
дБ
б)
Их 8 Нх=16
Их=32
в)
г)
Рис.2. Выигрыш в отношении сигнал/помеха в зависимости от зоны режекции
реж
Как следует из приведенных зависимостей, эффективность режекции отражений от подстилающей поверхности достигает десятков децибел. Общий характер графиков позволяет сделать вывод о наличие «оптимальной» зоны режекции, при котором достигается максимум в отношении сигнал/помеха. Так, для пик-фактора квазинепрерывного сигнала р/ = 3 (рис.2а) при длительности импульса амплитудной манипуляции д х = 8 экстремум в отношении сигнал/помеха достигается при 32-40 режектируемых элементах дистанции. При увеличении длительности импульса амплитудной манипуляции вдвое (д х = 16 ид х = 32) возрастает эффективность режекции, а максимум в отношении сигнал/помеха достигается соответственно при 48-56 и при 56-64 элементах режекции.
При увеличении пик-фактора квазинепрерывного сигнала также наблюдается смещение максимума отношения сигнал/помеха в область больших значений режектируемых элементов дистанции. При этом возрастает и эффективность режекции мешающих отражений. Так, по сравнению с предыдущим случаем экстремальные отношения сигнал/помеха возрастают на 3-5 дБ при р/ = 5 (рис.2б) в зависимости от длительности дискрета амплитудной манипуляции и на 5-8 дБ при р/ = 7 (рис.2в). Наибольшая эффективность режекции достигается при р/ = 11 (рис.2г), она составляет 30-37 дБ при режекции 64 элементов разрешения по дальности. Следует отметить, что дальнейшее увеличение числа режекти-руемых элементов дистанции не приводит к существенному улучшению отношения сигнал/помеха, а чрезмерная зона вызывает и ухудшение эффективности режекции пассивных отражений.
Таким образом, режекция пассивных отражений от подстилающей поверхности, превышающих динамический диапазон приемного тракта, позволяет существенно повысить достоверность обнаружения сигналов. Эффективность режекции зависит от параметров квазинепрерывного сигнала.
Выводы
1. При режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности существует оптимальная зона режекции, при котором достигается максимум в отношении сиг-нал/(помеха+шум).
2. При оптимальной зоне режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности достигается повышение отношения сигнал/помеха на 20-37 дБ в зависимости от параметров квазинепрерывного сигнала.
3. Наибольшая эффективность режекции отражений, достигается при длительности импульса амплитудной манипуляции дх = 16...32 и пик-факторе зондирующего сигнала р/ = 7...11.
4. Энергетические потери монотонно возрастают при увеличении зоны режекции помех и при оптимальной зоне режекции пассивных отражений составляют 2-14 дБ в зависимости от параметров квазинепрерывного сигнала.
1. Морская радиолокация // Под ред. В.И.Винокурова. Л.: Судостроение, 1986. 256 с.
2. Быстров Н.Е. // Вестник НовГУ. Сер.: Техн. науки. 2000. №28. С.44-50.
