CC BY
78
УДК 621.396.96
СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ФИЛЬТРА
А.В. ХОМЯКОВ, В.Л. РУМЯНЦЕВ, Э.В. АМНИНОВ
Синтезирован многорежекторный поляризационный фильтр, имеющий зону режекции, соизмеримой с областью, занимаемой помехой, с изменяющимися поляризационными характеристиками в поляризационном пространстве. Фильтр содержит набор однорежекторных поляризационных фильтров, настроенных на подавление сигналов различных поляризаций и перекрывающих заданную область поляризационного пространства. Отличием предложенного фильтра от известных является существенное уменьшение числа ортогональных каналов за счет их коммутаций.
Ключевые слова: поляризационный фильтр, поляризационные характеристики.
Основным элементом устройства адаптивной поляризационной фильтрации является поляризационный фильтр (ПФ), имеющий зону режекции, соизмеримой с областью, занимаемой помехой, с изменяющимися поляризационными характеристиками (ПХ) в поляризационном пространстве. Простейшим однорежекторным поляризационным фильтром (ОПФ) является приемная антенна.
Наилучших результатов поляризационной фильтрации можно добиться, перестроив антенну в поляризационный базис, ортогональный поляризации мешающих отражений. В этом случае полностью поляризованная составляющая помехи подавляется на 35-40 дБ, а полезный сигнал при достаточном различии ПХ сигнала и помехи имеет коэффициент фильтрации Кф, близкий к нулю, то есть передается без ослабления.
Однако при подавлении помехи с изменяющимися ПХ ОПФ не обеспечивает требуемого подавления помехи. Так, при сферическом расстоянии на сфере Пуанкаре между ПХ сигналов и поляризационным базисом антенн R=180°, Кф=-40 дБ, а при R=170°, Кф уже равен -20 дБ; при R=140°, Кф=-10 дБ, т.е. при незначительных флуктуациях ПХ коэффициент подавления уменьшается на 20-30 дБ.
В связи с этим возникает задача синтеза ПФ с областью подавления, соизмеримой с областью, занимаемой частично поляризованной помехой на сфере Пуанкаре.
Указанная задача может быть решена многорежекторным поляризационным фильтром (МПФ) [1]. По аналогии с частотным фильтром, он содержит набор ОПФ, настроенных на подавление сигналов различных поляризаций и перекрывающих заданную область поляризационного пространства. Расположение ПФ и принцип формирования зоны режекции МПФ приведены на рис. 1, 2. Очевидно, что во всей области должен обеспечиваться Кф не ниже требуемого значения.
В связи с этим возникает задача синтеза ПФ с областью подавления, соизмеримой с областью, занимаемой частично поляризованной помехой на сфере Пуанкаре.
Структурная схема МПФ приведена на рис. 3. Видно, что структурно МПФ состоит из ОПФ и селектора минимума [1-3].
Принцип работы МПФ заключается в следующем. На этапе обучения вычисляется оператор линейных поляризационных преобразований и центр зоны, занимаемой мешающими отражениями в поляризационном пространстве, совмещается с центром зоны режекции МПФ.
Поскольку помеха частично поляризована, то ПХ /-го элемента выборки не равны усредненным ПХ, максимальное ослабление /-го элемента будет достигаться одним из n ПФ, входящих в МПФ.
На выходе системы фильтров необходим селектор минимума, выделяющий минимальный сигнал и пропускающий его для дальнейшей обработки.
При поступлении на вход МПФ смеси помехи и сигнала с ас и ßc, не попадающими в зону режекции ни одного из ПФ, на выходе фильтров формируется смесь неослабленного полезного сигнала и подавленной помехи. В этом случае коммутируется тот же ПФ, что и при воздействии только помехи, а отношение сигнал/помеха максимизируется.
Я (ДБ)
-20
-40
7 - / ' / / у / / / / / /
X ^ / /
15
И(град)
Рис. 1. Расположение в поляризационном пространстве центров зон режекции в составе МПФ
Рис. 2. Принцип формирования зоны режекции МПФ
Существенным недостатком данного МПФ является необходимость включения в его состав большого количества ПФ. В работе [4] показано, что оптимальным по соотношению аппаратурных затрат и Кф является МПФ, состоящий из расположенных по 5 концентрическим окружностям 91 ПФ. Этот фильтр обеспечивает подавление мешающих отражений на 17,1-19,3 дБ при границе зоны режекции агр=-0,6 и центре в точке соответствующей левосторонней круговой поляризации. Оценим возможности уменьшения количества ПФ, входящих в состав МПФ. Для этого рассмотрим структуру ОПФ.
Рис. 3. Структурная схема МПФ
ОПФ представляет собой двухканальное по поляризации устройство, каждый из каналов которого характеризуется своим коэффициентом передачи. В общем случае он может быть записан в виде Qn = Рпефп, где Рп, фп - модуль и фаза коэффициента передачи п = 1, 2 для ортогональных каналов. В этом случае выходной сигнал устройства в линейном поляризационном базисе можно записать в виде Евых • = Е^1 + Еы()2. Как видно, если коэффициент передачи
каждого из каналов стремится к 0, то и Евых • стремится к 0.
В [5] показано, что оптимальный коэффициент передачи имеет вид
^ КеЦе ~м ' ‘
Яе(^1Е„-еф1 ),
где К1, ф1 - коэффициенты, характеризующие центр зоны режекции ПФ; к - степень нелинейности ПФ.
Для компенсации помехи, т.е. выполнения условия Евых • = 0 в центре зоны режекции необходимо, чтобы выполнялось условие 1 - ((К-е(Е-•/ф1 ))/(яе(к1 Ё^е^1))) = 0.
Сказанное приводит к равенству ЕЬ1 (сов(фь- - ф1)) = К1 Еп- (сов(ф„• - ф1)).
Обозначив фы - фй = Дф1, получим ф1 = Дфi / 2. Величина К1 может быть определена как
1-
Еы / Ег1 из условия равенства амплитуд в левой и правой части написанного равенства. Иными
словами, фильтр с параметрами jj
E
'■ Лфг- /2 и K1 = —^~ имеет центр зоны режекции в точке с
Eri
координатами af = (arcsin(sin 2(arcsin K1) sin Лфг-)) / 2; bf = (arctg(tg2(arctgK1) cos Лфг-)) / 2.
Из анализа написанного выражения видно, что если выбрать Qi Ф Q2, то центр зоны режекции сместится, что эквивалентно физически синтезу нового фильтра.
Выбор коэффициента передачи пар ортогональных каналов осуществляется таким образом, чтобы каждой паре afj, bfj соответствовала одна из точек, характеризующих центр зоны режекции ПФ, что позволяет синтезировать МПФ за счет перекоммутаций ортогональных каналов. Для этого канал, например, вертикальный соединим со всеми n ортогональными каналами через сумматоры, синтезировав тем самым n поляризационных фильтров [1; 6].
Аналогично, соединив оставшиеся вертикальные каналы, получим n2 ОПФ вместо n при стандартном подключении (один вертикальный канал - один горизонтальный). Указанное возможно вследствие того, что все значения Qi отличаются незначительно, т.к. центры зон режекции сосредоточены в узкой области поляризационного пространства. Коммутация соседних каналов приводит к незначительному изменению aфj и Pфj. Проведя несложные вычисления,
можно добиться, чтобы смещение было равномерным и центры зон режекции всех n2 фильтров располагались по концентрическим окружностям согласно рис. 1.
Q11
-ПойЦ-
Ql2 И
Н QR2 h
QIn
S
-I QRn I-
S
S
S
S
S
S
S
d"
S
Селектор
минимума
Рис. 4. Структурная схема модернизированного МПФ
Выигрыш в аппаратурных затратах, оцениваемый как отношение количества пар ортогональных каналов, необходимых для создания МПФ стандартным и предлагаемым способом, составляет п раз. То есть для синтеза МПФ, содержащего 91 ОПФ, понадобится не 91, а всего 10 пар ортогонально поляризованных каналов. Структурная схема устройства адаптивной ПФ приведена на рис. 4.
Таким образом, параллельной коммутацией каналов можно достигнуть существенного выигрыша в аппаратурных затратах по сравнению со стандартным способом синтеза ПФ. Использование селектора минимума позволяет осуществлять фильтрацию мешающих отражений с изменяющимися ПХ. Коэффициент подавления определяется сферическими расстояниями между центрами зон режекции ПФ, а величина зоны режекции МПФ - количеством входящих в его состав фильтров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акиншин Н.С., Илюха С.А., Румянцев В.Л. Адаптивная поляризационная фильтрация // Оборонная техника. - 1995. - № 8. - С. 22 - 27.
2. Богородский В.В., Канарейкин Д.Б., Козлов А.И. Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. - Л.: Гидрометиздат, 1981.
3. Poelman A., Guy J.K. Polarization Information Utilization in PrimaryRadar.Fn Intriduction and Update to Activities an SHARE TechnicalCentre. Inverse methods in Electromagnetic Imaging. - Bad windsheim. - 1985.
4. Poelman A.J. "Perfomance evaluation of two types of radar system, lavinga circular polarization facility”. - Share Technical Memorandum ТМ-276(АО883 360). - April 1971 (NATO Unclassified, limited distribution).
5. Животовский Л.А. Повышение помехозащищённости РЛС при использовании поляризационно-модулированных зондирующих сигналов // Усиление и преобразование радиосигналов: сб. научн. тр. - Таганрог, 1975. - C. 63-69.
6. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн // Поляризационная структура радиолокационных сигналов. - М.: Радиотехника, 2005. -Т. 2.
POLARIZATION FILTER STRUCTURE SYNTHESIS
Khomyakov A.V., Rumyantsev V.L., Amninov E.V.
Multi-rejection polarization filter having rejection zone commensurable with region occupied by clutter, with changing polarization pattern in polarization space, is synthesized. The filter comprises a set of single-rejection PF adjusted to reject signals of various polarization and covering a predetermined region of polarization. The distinction of the proposed filter from the known is a substantial decrease of orthogonal channels due to their switching.
Key words: polarization filter, polarization characteristics.
Сведения об авторах
Хомяков Александр Викторович, 1959 г.р., окончил Тульский политехнический институт (1982), первый заместитель генерального директора - главный конструктор РТС ОАО ЦКБА, автор более 100 научных работ, область научных интересов - радиолокация, антенны и распространение радиоволн.
Румянцев Владимир Львович, 1957 г.р., окончил ТАИИ (1980), доктор технических наук, профессор, заместитель начальника отдела ОАО ЦКБА, автор более 200 научных работ, область научных интересов - радиолокация, моделирование характеристик рассеяния сложных целей.
Амнинов Эрдни Васильевич, 1981 г.р., окончил МИРЭА (2008), ассистент МИРЭА, автор 11 научных работ, область научных интересов - обработка информации, информационно-измерительные системы.
