автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Алгоритмы пространственного подавления активных шумовых помех в радиотехнических системах с частично адаптивными ФАР

На правах рукописи УДК 621.396

005536352

Штрунова Екатерина Сергеевна

АЛГОРИТМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОДАВЛЕНИЯ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМЕХ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ЧАСТИЧНО АДАПТИВНЫМИ ФАР

05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» 05.12.14 «Радиолокация и радионавигация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 1 !-!ГГ 2013

Рязань 2013

005536352

Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем в ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический

университет»

Научный руководитель: Кошелев Виталий Иванович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Юдин Василий Николаевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 401 «Радиолокация и радионавигация» Московского авиационного института (национальный исследовательский университет), г. Москва

Савостьянов Владимир Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, начальник лаборатории ОАО «Корпорация «Фазотрон - НИИР» г. Москва

Ведущая организация: ОП НИИ «Рассвет» ОАО «Корпорация

«Фазотрон - НИИР», г. Рязань

Защита диссертации состоится 28 ноября 2013 г. в ^^на заседании диссертационного совета Д212.211.04 в Рязанском государственном радиотехническом университете по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «РГРТУ»

Автореферат разослан "Ж" (ХТмЙиС- 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук / Г.В. Овечкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важным тактическим показателем радиотехнических систем (РТС) является их способность функционировать на фоне помех. Если в области защиты РТС от пассивных помех разработана достаточно эффективная теория, то задача защиты от активных помех (АП) далека от своего решения в связи с постоянным эффективным совершенствованием средств радиоэлектронного подавления (РЭП).

К наиболее универсальному виду маскирующих АП относят активные шумовые помехи (АШП). Увеличение энергетического потенциала постановщиков активных помех (ПАП) за счет использования в средствах РЭП фазированной антенной решетки (ФАР) привело к возможности эффективного применения АШП, действующих на приемник по боковым лепесткам (БЛ) диаграммы направленности (ДН) антенны РТС.

В средствах РЭП переход к цифровой реализации формирования лучей ФАР имеет ряд преимуществ, способных препятствовать эффективной работе РТС: решение проблемы обнаружения и подавления большего количества РТС за счет большего числа управляемых лучей ДН в режиме разведки и подавления; снижение уровня БЛ ДН антенны за счет адаптивного управления амплитудно-фазового распределения (АФР) поля в апертуре; получение более высокой разрешающей способности и улучшение других технических и тактических характеристик систем РЭП.

Из-за усложнения задачи приема полезного сигнала на фоне данного типа помех целесообразно разрабатывать новые и совершенствовать известные методы и алгоритмы защиты РТС. В реальной ситуации, для которой характерна априорная неопределенность помеховой обстановки, перспективно применять угловую селекцию целей на основе адаптивного формирования ДН ФАР.

Существенный вклад в развитие адаптивных методов пространственной обработки сигналов на фоне помех внесли работы Монзинго P.A., Миллера Т.У., Пистолькорса A.A., Литвинова О.С., Журавлева А.К., Лу-кошкина А.П., Подцубного С.С., Ширмана Я.Д., Манжоса В.Н., Фалько-вича С.Е., Ратынского М.В., Цветнова В.В., Куприянова А.И., Воскресенского Д.И., Уидроу Б., Гейбриела В., Аппельбаума С.П., Ван Триса Г.Л. и других авторов.

Задача защиты РТС усложняется при нестационарной помеховой обстановке, связанной со случайным изменением количества, вида и мощности излучаемых АШП, перемещением в пространстве с большими скоростями ПАП и другими факторами, действующими на различные виды РТС в процессе их работы.

Переход к цифровым ФАР способствует развитию многофункциональных РТС, поскольку применение цифрового диаграммообразования расширяет тактические и технические возможности. Полный переход на

Ч

цифровую реализацию алгоритмов подавления сопряжен с высокой стоимостью: цифровая ФАР РТС, как правило, состоит из десятков или сотен аналогово-цифровых модулей и многопроцессорного вычислительного комплекса, к которому предъявляются высокие требования по быстродействию. Поэтому целесообразно разрабатывать адаптивные пространственные алгоритмы защиты РТС от АШП, реализуемые в реальном масштабе времени.

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности адаптивных алгоритмов защиты РТС на фоне АШП.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1) синтезированы алгоритмы защиты РТС от АШП, действующих по БЛ, основанные на адаптивном формировании ДН ФАР;

2) оценено влияние помеховой ситуации на эффективность применения синтезированных алгоритмов помехозащиты РТС;

3) проведен анализ устойчивости алгоритмов к ошибкам оценивания межканальной корреляционной матрицы (КМ) АШП;

4) определено расположение настраиваемых элементов в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольного раскрыва и выполнена оценка его влияния на формирование ДН;

5) проведен сравнительный анализ вычислительной эффективности синтезированных алгоритмов защиты и известных;

6) оценены требования к быстродействию системы и рассмотрены пути технической реализации синтезированных алгоритмов помехозащиты РТС.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1) синтезирован пространственный двухэтапный алгоритм, на основании которого вначале производится оптимизация вектора весовых коэффициентов по критерию минимума мощности помех; на втором этапе с учетом остатков помех от режекции определяется вектор формирования основного лепестка ДН по критерию максимума коэффициента улучшения (КУ) отношения сигнал - (АШП+шум) (ОСПШ);

2) найдена связь между расположением настраиваемых элементов и пространственными параметрами АШП, в том числе различием в направлениях прихода АШП и полезного сигнала, позволяющая в процессе синтеза алгоритма подавления АШП на основе частично адаптивной ФАР применять адаптивный выбор настраиваемых элементов.

Внедрение научных результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в промышленную разработку ОП НИИ «Рассвет» - ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР», г. Рязань, и в материалы научно-исследовательской работы ЗАО «Рязанская радиоэлектронная компания», г. Рязань; в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» при преподавании дисциплин «Теорети-

ческие основы радиоэлектронной борьбы», «Средства радиоэлектронной защиты РЭС», «Радиотехнические системы», в том числе в форме программного обеспечения к лабораторным работам, что подтверждено соответствующими актами.

Методы анализа. Результаты работы получены в рамках методов статистической радиотехники, спектрального анализа сигналов, матричного исчисления, в частности метода поиска экстремальных собственных значений и собственных векторов матриц, теории антенн. Наряду с теоретическими методами были проведены исследования на основе имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) двухэтапный алгоритм, основанный на решении задачи со связями, имеет на 2 дБ больший КУ ОСГТШ по сравнению с алгоритмом без разделения вектора весовых коэффициентов в условиях априорной неопределенности помеховой обстановки, что подтверждает его робастность к ошибкам оценивания межканальной КМ АШП в условиях априорной неопределенности при размерности выборочного вектора N > 6 в условиях действия АШП с относительной шириной углового спектра А^гк^г = 0,01 ...0,05;

2) процедура определения расположения настраиваемых элементов в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры, основанная на вычислении частных производных КУ ОСГП11, обеспечивает сокращение количества настраиваемых элементов на 20...50 % ;

3) пространственный алгоритм подавления АШП на базе частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры, применение которого позволяет повысить быстродействие РТС за счет сокращения количества вычислительных операций в 1,5-1,7 раза по сравнению с оптимальным алгоритмом ив 1,3 — 1,4 по сравнению с двухэтапным алгоритмом адаптации ФАР.

Достоверность полученных результатов подтверждена корректным применением математических аппаратов, проведением компьютерного имитационного моделирования полученных алгоритмов; соответствием результатов диссертационной работы, в частных случаях, известным результатам.

Апробация работы произведена в форме научных докладов, дискуссий по основным результатам диссертационной работы, которые проходили на следующих научных конференциях и форумах.

1. Конференция молодых ученых ЦФО РФ. Калуга, 2009.

2. XV, XVI, XVII ВНТК студентов, молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании» НИТ-2010, НИТ-2011, НИТ-2012. Рязань, 2010, 2011, 2012.

3. 7, 8 и 9-я МНТК «Современные проблемы радиотехники и телеком-

муникаций» РТ-2011, РТ-2012, РТ-2013. Севастополь, 2011,2012,2013.

4. Международная научная конференция «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ-2011. Таганрог, 2011.

5.4-й международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» (МРФ —2011). Харьков, 2011.

6. 18-я МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, радиотехника и энергетика». Москва, 2012.

7. 20-я и 21-я МНТК «Современные телевидение и радиоэлектроника». Москва, 2012,2013.

8. 14-я международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» DSPA-2012. Москва, 2012.

9. 16-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». Харьков, 2012.

10. XVII МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Рязань, 2012.

11.1 МНТК «Алгоритмические и программные средства в информационных технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях». Тольятти, 2013.

12. X Международная научная конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации» ПТСПИ-2013. Владимир, 2013.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ. Из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 1 статья в журнале из списка РИНЦ, 4 статьи в межвузовских сборниках научных трудов, 17 тезисов докладов на научно-технических конференциях, получено свидетельство на регистрацию программного продукта №2013610095 от 09.01.2013 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений. Общий объем диссертации включает 127 страниц, в том числе 122 страницы основного текста, включая библиографический список из 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, представлены основные положения, выносимые на защиту, определены цель и задачи исследования, изложены новые результаты, полученные при исследовании, их научное и практическое значение, а также реализация и практическое внедрение.

В первом разделе рассмотрены существующие виды АШП и алгоритмы защиты РТС от них. Более подробно рассмотрены пространственные методы и алгоритмы защиты РТС, так как они имеют перед другими видами селекции следующие преимущества: отсутствие ограничений на

вид структуры помехи; возможность подавления АШП, приходящих от нескольких источников; возможность борьбы с АШП, действующими по БЛ ДН. Отмечена целесообразность применения адаптивных методов формирования ДН ФАР и проведен их обзор. Определены направления диссертационного исследования.

Во втором разделе применены критерии статистического синтеза алгоритмов защиты РТС, обоснованы методы анализа эффективности алгоритмов защиты, синтезирован двухэтапный пространственный алгоритм защиты РТС от АШП на основе поиска собственных значений и векторов матриц. Применительно к радиолокационным системам (РЛС) исследовано влияние относительной ширины углового спектра АШП Адшс1х и отраженного от цели сигнала Адас1х от углового расстояния между направлениями прихода сигнала и АШП на КУ ОСПШ при применении оптимального и предлагаемого алгоритмов. Проанализировано влияние количества источников АШП и их разности в направлениях прихода на эффективность их подавления. Исследована возможность повышения устойчивости алгоритмов защиты РТС к ошибкам оценивания КМ АШП. Проанализировано влияние применения линейного предсказания элементов автокорреляционной последовательности (АКП) АШП высших порядков по оцененным элементам низших порядков на помехозащищенность РТС.

Оптимальный пространственный алгоритм заключается в нахождении вектора весовых коэффициентов (ВВК), определяющего АФР на рас-крыве ФАР, при котором достигается максимум КУ ОСПШ.

Для оптимального алгоритма защиты КУ ОСПШ представляется в виде отношения Релея на базе А'-элементной ФАР:

И ор,^) = , (1)

где XV - комплексный //-мерный ВВК \У = (\у0, м'м-гУ', Кс, Ипш - №

мерные межканальные КМ сигнала и аддитивной смеси АШП и шума, Кпш= (К„+ЫУ(1+А.); И,, - межканальная КМ АШП; I - КМ шума (единичная); Н - знак эрмитова сопряжения (транспонирование и комплексное сопряжение).

Элементы межканальной КМ сигнала и АШП с аппроксимацией углового спектра соответственно резонансной и гауссовской кривыми для линейной эквидистантной ФАР можно представить выражениями: р(/, к)с = ехр{-яД^/х|/- Щ, р(», к)п = ехр{-тг2[А^(/- А)]2/2,8}, где Дд^Д:, Ацшйх — относительная ширина углового спектра вдоль координаты х сигнала и АШП соответственно, йх — межэлементное расстояние по координате х; = Ь - линейный размер ФАР по координате х, Хст — длина волны сигнала и АШП соответственно.

Для случая плоского раскрыва ФАР и действия одного источника

АШП межканальные коэффициенты корреляции рс, рп, образующие КМ сигнала и АШП, имеют вид:

рс(/,У, к, т) = ехр [—л (\1-т\с1АЧсх+М -Щ^Ясу)], рп(/',у, к, т)= ехр[-л2/2,8 [(/ -т)с1лАд„_х+{/ -к)с1уАдпу\2}.

Максимум отношения квадратичных форм (1) соответствует наибольшему собственному числу Цтах регулярного пучка форм \\,"КС\\' — ц \\'НКПШ\У и достигается на собственных векторах W, соответствующих этому числу. Таким образом, оптимальный ВВК для ФАР определяется из алгоритма линейной фильтрации и является собственным вектором, который соответствует максимальному собственному числу матричного произведения:

R

-ІТ

собственные

Rc

числа

W,

opt-

и собственные векторы матрицы

При этом

Квх = Кцш '^с находятся из характеристического уравнения степени N и системы N линейных уравнений соответственно:

с1е1{Явх- ц1} = О, = ц\У. (2)

Способ (2) вызывает трудности при практической реализации, связанные с большим объемом вычислительных операций, затрачиваемых на обращение КМ помехи. Данные ограничения могут быть сняты при оптимизации обработки на основе двухэтапной процедуры.

Минимаксное представление собственных чисел матриц на основе теоремы Куранта—Фишера и оптимального вектора обработки \У в виде произведения \У = БН:

И = (Н"ОнПсШ1)/(Н"В"НпшОН)

позволяет разделить алгоритм нахождения ВВК на 2 этапа.

Этап 1. Формирование нулей ДН. Определяется Л'-мерная матрица формирования нулей (ФН) ДН ФАР Б верхней треугольной формы:

О

D =

1 Gm-

0 1 Со

0 0 1

0 0 0 1

0 0 0 0

^т-1

где Gj = gy exp(iyy) — элементы ш-мерного вектора G ФН ДН, который соответствует собственному вектору минимального собственного значения /w-мерной подматрицы А„ КМ помехи. Подматрица Агг образуется вычеркиванием N—m последних строк и столбцов КМ помехи.

Этап 2. Формирование основного лепестка ДН. При вычисленной матрице D производится оптимизация (N—/и)-мерного вектора h формирования основного лепестка ДН. Максимальное собственное значение (xOT определяется из характеристического уравнения вида

^еЦ[ВнКгапВ]"1[ВнК(1)]-цдв1} = О, где [•] — операция вычеркивания т строк и столбцов, а вектор Ь формирования основного лепестка ДН ФАР, являющийся собственным вектором для этого собственного значения, находится из системы Ы-т линейных уравнений

[О-НшоВ^ПУНсОЗЬ = цдаЬ.

КУ ОСПШ двухэтапного алгоритма примет вид:

ц ^(ЬЧО-ЗД ц/сь-р-я^щ Ь) .

При априорной неопределенности параметров помех, характерной для реальных условий, в соответствии с адаптивным байесовским подходом неизвестная межканальная КМ Кпд, АШП заменяется в пространственных алгоритмах состоятельной оценкой Й пш. Условием состоятельности оценки КМ является выполнение требования

НшР{||Кпш-Кпш||<Етах} = 1,

где Ещах - среднеквадратичное отклонение (СКО) оценки, показывающее максимально допустимую погрешность оценивания КМ АШП, || || - операция определения нормы матрицы невязки, 1*1Ш1 - истинная КМ,

^гап - оценочная КМ, = -Ц- £ Х,Х?.

л-1 ,. 1 к м

На рисунке 1 приведены графики зависимости модуля СКО ар элементов межканальной КМ АШП с Л</га<^ = 0,01, 0,05; X = - 30 дБ от длины к, отводимой на оценивание выборки. На рисунке 2 изображены зависимости КУ ОСПШ от размерности N оцениваемого вектора X, (количества элементов ФАР, использующихся для оценивания КМ) при &Чтс1х = 0,05, Лг/„£/, = 0,01, А, = -30 дБ, объеме выборки Л = 40 для 10-элементной ФАР, построенные при аналитически заданной КМ АШП для оптимального - 1 и двухэтапного алгоритма - 2; при оценочной КМ дня

Из рисунка 1 видно, что при фиксированной длине выборки боль-

шую погрешность в оценку КМ АШП вносят элементы АКП высоких порядков. При аналитических исследованиях двухэтапный алгоритм проигрывает порядка 1—2 дБ оптимальному, в то время как в реальных условиях априорной неопределенности при оценивании КМ АШП, начиная с размерности оцениваемого вектора N = 6, имеет выигрыш до 2 дБ, что свидетельствует о большей устойчивости двухэтапного алгоритма к ошибкам оценивания КМ (рисунок 2).

В связи с увеличением модуля СКО элементов и с учетом свойства эрмитовости и теплицевости КМ предлагается оценивать / из возможных N элементов р шг, г = 0,...,/-1, АКП, а остальные ¿=N-1 элементов Р шли, п = /,..., N-1, определять по оцененным элементам с помощью линейного предсказания.

В диссертационной работе показан выигрыш применения линейного предсказания Ь элементов АКП из возможных #=30, который по сравнению с полным проведением оценки АКП для оптимального алгоритма при Ь = 5 доходит до 5 дБ, при Ь= 10 - до 2-3 дБ. Для двухэтапного алгоритма характерно изменение эффективности при применении линейного предсказания в зависимости не только от Ь, но и от размерности вектора формирования нулей ДН т.

В третьем разделе рассмотрены вопросы использования частичной адаптации ФАР с регулированием части элементов. Определение расположения настраиваемых элементов плоской ФАР с прямоугольным рас-крывом на основе полученных результатов для линейной ФАР обусловлено возможностью факторизации множителя решетки.

Нахождение элементов ФАР, оказывающих наибольшее влияние на формирование требуемой ДН, основано на вычислении частной производной коэффициента улучшения ОСПШ по весовому коэффициенту щ, показывающей изменение мощности помехи и сигнала при прохождении через систему обработки в результате изменения весового коэффициента /-го элемента ФАР. Поэтому в качестве настраиваемых элементов применяются элементы, соответствующие максимальной частной производной коэффициента улучшения ОСПШ:

шах|Мр|,/ = 0...*-1.

С учетом свойства эрмитовости КМ сигнала и помехи частные производная коэффициентов прохождения сигнала А"с= (Рс ) / (Рс) и аддитивной смеси АШП и шума А-пш= (.Рпш ) / (Рпш ) по соответственно имеют вид:

Ö/C

сО/1COS ФсО/ + »■ + W|PcY-l/ ІC0S ФсЛГ-1/X

SIC

-g^- = 2(w,pniii;/ + w0 |рпш0/1cos фпш0; +...+wN_Y |рпшЛМ/1cos ф^.,,),

где ро/ — элемент нулевой строки /-го столбца КМ, Ро і = ІРо/І е"-)ф' = |ро/| (cos ф0/ +i sin ф0/).

Градиенты КУ ОСГПІІ по номеру настраиваемого элемента ФАР с нечетным (/V =11) количеством элементов представлены при действии АШП по основному лепестку ДН антенны РТС (рисунок 3, а) и по БД

Рнсунок 3

В рассматриваемом случае при действии одной АШП по основному лепестку ДН число настраиваемых элементов можно уменьшить до 6, а при действии АШП по боковым лепесткам - до 4-6 в зависимости от относительной ширины углового спектра АШП.

С учетом факторизации множителя решетки наибольшее влияние на формирование ДН плоской ФАР прямоугольного раскрыва, максимизирующей коэффициент улучшения ОСПИ1, при действии АШП по основному лепестку ДН будут иметь угловые и центральные элементы. При действии АШП по БЛ расположение настраиваемых элементов плоской ФАР зависит от относительной ширины углового спектра..При Адтс1х = = 0,01...0,05 частные производные КУ ОСПШ по нечетным элементам превышают частные производные по остальным элементам, а при Лдшс1х больше 0,05 степень влияния угловых элементов возрастает.

Задача частичной адаптации с регулированием части элементов сводится к условной оптимизации КУ ОСПШ. Функция Лагранжа для линейной ФАР с количеством элементов N при условии постоянства весо-

вых коэффициентов wiconst,..., ww.iconst примет вид:

Цчаст = WHRBXW-MT(W-Wconst), где М = (0, |х,..., ц, 0)т — вектор-столбец, состоящий из множителей Ла-гранжа, W = W«,,^—условие ограничения, W^t^ (0, wu,..., wN.2c, 0)т.

ВВК определяется из системы уравнений через фиксированные коэффициенты весового вектора vv]c,..., wN.2С:

PO.OW9 + Po.W-l'WN-l = (pO,lWlc + - + Po,N-2WN-2c )/2 Pl,0W0 +Pl,ir-lWJV-l =-|A(Pl,lWlo +~ + Pi,N-2wN-2c)/2

P {Pff-l.Mc +- + P*-,,*-2"V-2C)/2 Ввиду симметрии амплитудного распределения относительно центра ФАР возможно адаптировать только половину весовых коэффициентов. Тогда множитель решетки по направляющим косинусам и примет вид: h(u) = w0(l+ ei(w-,)u) + Wl(eiu+ ei(W-2)") +..+ wjV/2_l(e,(W/2-"M+ eiN,2u). Если центральные из них оставить постоянными, а крайние подстраивать, то множитель решетки будет определяться формулой: h(u) = н-оО + ei(^1)u) + wi(e'"+ + w2c(e'"+ ei(7H>") +

+ W3c(elu+ e™) +...+wN/2.lB (e1

i{N12-l)u +fjN/2;

(3)

На рисунке 4 представлена структурная схема системы подавления помех на базе частично адаптивной антенной решетки.

Рисунок 4

40 -4<! -ге О Л» 4й

Рисунок 5

С учетом зависимости расположения настраиваемых элементов от параметров АШП, углового расстояния между направлением прихода сигнала и помехи обосновано применение блока анализа сигнально-помеховой обстановки (СПО). Цифровой процессор в системе подавления помех выбирает номера настраиваемых весовых коэффициентов управлением ключа (Кл) в зависимости от оцененных параметров АШП и производит их расчет.

На рисунке 5 представлен множитель решетки N=10 при действии

АШП с направления Оп = 40°: при отсутствии адаптации - 1; при адаптации выбранных по разработанной процедуре элементов - 2, центральных элементов — 3.

Результаты исследований (рисунок 5) можно обобщить для плоской ФАР с учетом факторизации множителя решетки. Применение центральных элементов привело к значительному снижению величины основного лепестка ДН в отличие от случая адаптивного выбора расположения настраиваемых элементов. Из представленных графиков можно сделать вывод о целесообразности применения определения расположения настраиваемых элементов при изменении помеховой обстановки.

В четвертом разделе определены затрачиваемые на реализацию адаптивных пространственных алгоритмов подавления АШП в РТС вычислительные ресурсы (таблица 1).

Таблица 1

Алгоритм защиты Количество комплексных умножений

Оптимальный при непосредственном обращении КМ 0,5ЛЩАГ+1) + N 2 (1,5АГ+2), М~2Ы, М— количество выборок

Оптимальный при рекуррентном обращении КМ Ж (1,75Лг+2,25) + N '(N+1), А - количество выборок, ЫЫ

Двухэтапный алгоритм при непосредственном обращении КМ 0,5М\Ш+1) +(Ы-т)2 (1,5 (N-14)+2)+ т2

Алгоритм частичной адаптации с регулированием части элементов ФАР 0,51 )+(Лг-/)2( 1,5 (N-^+2), 1 — количество неизменных весовых коэффициентов

На рисунке 6 приведены зависимости объема вычислительных операций - комплексных умножений (КУмн) - от количества элементов ФАР ЛГ= 100 для оптимального алгоритма защиты от АШП - 1 (¿ = 200), 2 — двухэтапного алгоритма, кривые 3,4 — алгоритма с частичной адаптацией 20 и 10 элементов соответственно.

Рисунок 6

Применение частичной адаптации с регулированием части элементов

позволяет сократить количество вычислительных операций в 1,5-1,7 раза по сравнению с применением оптимального алгоритма и в 1,2-1,3 раза — по сравнению с двухэтапным алгоритмом адаптации ФАР (рисунок 6).

Рассмотрены возможности реализации алгоритмов подавления применительно к РЛС. С учетом того, что период повторения Тп зондирующих импульсов в пачке для наземной когерентно-импульсной РЛС составляет (2...4) мс, сделано предположение, что на адаптацию ФАР отводится интервал времени Гп/3. Тогда необходимое быстродействие адаптивного процессора для возможности реализации алгоритмов защиты РЛС от У источников помех с ФАР 100 в реальном масштабе времени для Тп = 2 мс представлено в таблице 2, где МАС — количество операций умножения и сложения с содержимым аккумулятора.

Таблица 2

N т 1 пз мс Оптимальный при непосредственном обращении КМ, МАС/с Оптимальный при рекуррентном оценивании КМ, МАС/с Двухэтапный при непосредственном обращении КМ, МАС/с

100 7,6-109 J= 1 3,14-10" 3,17-109, т=25

J=2 3,25-109 2,62-109, /п=30

При заданном времени адаптации быстродействие современных сигнальных цифровых процессоров является достаточным для реализации адаптивных алгоритмов в ФАР с N = 100 в реальном масштабе времени. Сигнальные процессоры семейства TigerSHARC фирмы Analog Devices ADSP-TS 101S, -TS 201S и др. имеют быстродействие от 2,4-Ю9 до 4,8-Ю9 МАС/с; процессоры фирмы Texas Instruments TMS320C6455 — от 5,760-Ю9 до 9,6-109 МАС/с. При снижении времени адаптации реализация оптимального алгоритма при непосредственном обращении КМ АТНП в реальном масштабе времени затруднительна. Недостатком оптимального алгоритма формирования ДН при рекуррентном оценивании КМ АШП является повышение требований к быстродействию в случае увеличения источников АШП, что не характерно для двухэтапного алгоритма. Повышая размерность вектора формирования нулей ДН ФАР, можно снизить требование к быстродействию процессора для двухэтапного алгоритма.

В заключении подведены итоги диссертационной работы и сформулированы ее основные научные и практические результаты, которые сводятся к следующему:

1) в условиях априорной неопределенности ввиду большей робастно-сти к ошибкам оценивания КМ помехи целесообразно использование двухэтапного алгоритма, имеющего до 2 дБ КУ ОСПШ выше, чем алгоритм без разделения весового вектора, начиная с размерности выбороч-

ного вектора N=6;

2) выигрыш от применения линейного предсказания L элементов АКП из возможных #=30 по сравнению с полным проведением оценки для оптимального алгоритма при L = 5 доходит до 5 дБ, при L = 10 — до 2—3 дБ; для двухэтапного алгоритма характерно изменение эффективности при применении линейного предсказания в зависимости не только от L, но и от размерности т вектора ФН;

3) наибольшее влияние на формирование ДН плоской ФАР с прямоугольным раскрывом, максимизирующей коэффициент улучшения ОСПШ, при действии АШП по основному лепестку ДН имеют угловые и центральные элементы; при действии АШП по БЛ степень влияния угловых элементов возрастает при расширении углового спектра АШП;

4) для TV-элементной ФАР при действии одной АШП по основному лепестку ДН количество настраиваемых элементов можно уменьшить до 6, а при действии АШП по боковым лепесткам — до 4—6 в зависимости от относительной ширины углового спектра АШП; полученные результаты позволяют синтезировать алгоритм подавления АШП с адаптивным к помеховой обстановке выбором расположения настраиваемых элементов;

5) применение двухэтапного алгоритма помехозащиты в PJIC с ФАР с N — 100 позволяет сократить объем вычислительных операций по сравнению с оптимальным алгоритмом в 1,5—2 раза при непосредственном обращении КМ АШП и в 1,25-1,5 раза - при рекуррентном обращении; применение частичной адаптации с регулированием части элементов позволяет сократить количество вычислительных операций в 1,5-1,7 раза по сравнению с применением оптимального алгоритма и в 1,3—1,4 — по сравнению с двухэтапным алгоритмом адаптации ФАР.

В приложении приведены список условных обозначений и аббревиатур, встречающихся в тексте диссертации, а также копии актов внедрения результатов, полученных в диссертационной работе.

Основные результаты диссертации опубликованы

в изданиях из перечня ВАК:

1. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Повышение эффективности алгоритмов защиты PJIC от активных шумовых помех // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2011. - Вып. 37. - С. 27-31.

2. Кошелев В.И., Холопов И.С., Штрунова Е.С. Чувствительность адаптивных алгоритмов подавления радиолокационных помех к ошибкам оценивания их корреляционных матриц // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. - 2012. — № 4. -С. 28-35;

в изданиях из перечня РИНЦ:

3. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Оценка вычислительных затрат при реализации алгоритма защиты радиолокационных систем от активных шумовых помех // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. — 2011. — № 2. — С. 39-41.

Прочие публикации:

4. Штрунова Е.С. Алгоритмы пространственной обработки сигналов на фоне активных шумовых помех И Актуальные направления научных исследований: материа-

лы конференции молодых ученых ЦФО РФ. — Калуга, 2009. — С. 357-363.

5. Штрунова Е.С. Алгоритмы защиты PJIC от активных шумовых помех // Методы и устройства обработки сигналов в радиотехнических системах: межвуз. сб. научн. тр. Вып. 5. - Рязань: РГРТУ, 2009. - С. 67-71.

6. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Модели сигнала и активной шумовой помехи для исследования алгоритмов пространственной селекции сигналов на фоне активных помех // Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании: материалы XV В НТК студентов, молодых ученых и специалистов. — Рязань: РГРТУ, 2010.-С. 126-128.

7. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Алгоритмы угловой селекции целей в радиолокационной системе на фоне активных шумовых помех // Методы и устройства формирования и обработки сигналов в информационных системах: межвуз. сб. науч. тр. -Рязань: РГРТУ, 2010. - С. 53-58.

8. Штрунова Е.С. Эффективность алгоритмов угловой селекции целей в радиолокационной станции в условиях действия нескольких источников активных шумовых помех // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ—2011»: материалы 7-й молодежной МНТК. — Севастополь: СевНТУ, 2011. — С. 258.

9. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Влияние ошибок оценивания корреляционных матриц активных шумовых помех на эффективность их подавления // Излучение и рассеяние электромагнитных волн: труды МНК «Излучение и рассеяние ЭМВ — ИРЭМВ-2011». - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - С. 472-476.

10. Штрунова Е.С. Повышение быстродействия алгоритмов формирования диаграммы направленности антенной решетки PJIC при действии активных шумовых помех // 4-й Международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2011: материалы форума в 3-х томах. Том. 1. Конференция «Интегрированные информационные радиоэлектронные системы и технологии. Ч. 1.-Харьков: АНПРЭ,ХНУРЭ, 2011.-С. 158-159.

11. Штрунова Е.С. Снижение вычислительной сложности алгоритма защиты радиолокационной системы от активных помех // Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании: материалы XVI В НТК студентов, молодых ученых и специалистов. - Рязань: РГРТУ, 2011. —С. 131-133.

12. Штрунова Е.С. Повышение устойчивости алгоритмов защиты PJIC от активных шумовых помех к ошибкам оценки их корреляционных матриц // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Восемнадцатая МНТК студентов и аспирантов: тез. докл. в 4 т. Tl. — М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - С. 84.

13. Штрунова Е.С. Влияние расположения управляющих элементов частично адаптивной ФАР на эффективность алгоритмов защиты РЛС от активных шумовых помех // Методы и устройства обработки сигналов в радиотехнических системах: межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 6. - Рязань: РГРТУ, 2012. - С. 110-114.

14. Кошелев В.И., Штрунова Е.С. Исследование влияния пространственных параметров активных шумовых помех на расположение регулируемых элементов частично адаптивной фазированной антенной решетки радиолокационной системы // Современные телевидение и радиоэлектроника: труды 20-й МНТК. - М.: ФГУП M КБ «Электрон», 2012.-С. 159-161.

15. Штрунова Е.С. Оценка требований к быстродействию процессора, реализующего адаптивный алгоритм подавления активных шумовых помех // Цифровая обработка сигналов и ее применение: труды РНТОРЭС им. А.С.Попова. №XTV-1. — M.: ИПУ РАН, 2012. - С. 241-243.

16. Штрунова Е.С. Оптимальное расположение регулируемых элементов частично адаптивной фазированной антенной решетки РЛС в условиях радиопротиводействия // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2012»: материалы 8-й молодежной МНТК. — Севастополь: СевНТУ, 2012. — С. 47.

17. Штрунова Е.С. Исследование возможности реализации адаптивного алгорит-

ма подавления активных шумовых помех па базе цифровых сигнальных процессоров //

16-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке»: материалы форума. ТЗ. - Харьков: ХНУРЭ. -2012. - С. 168-169.

18. Штрунова Е.С. Выбор расположения регулируемых элементов частично адаптивной плоской ФАР PJIC в условиях действия активных шумовых помех // Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций: материалы

17-й МНТК. - Рязань: РГРТУ, 2012. -Часть 2. - С. 28-30.

19. Штрунова Е.С. Снижение вычислительных затрат при использовании частичной адаптации фазированной антенной решетки PJIC // Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании: материалы XVII ВНТК студентов, молодых ученых и специалистов. — Рязань: РГРТУ, 2012. — С. 58-60.

20. Штрунова Е.С. Применение экстраполяции для формирования оценочной межканальной корреляционной матрицы активных шумовых помех // Алгоритмические и программные средства в информациошгых технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях: сб. статей I международной заочной НТК. Ч. 2 / Поволжский гос. ун-т сервиса. - Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2013. — С. 65-68.

21. Штрунова Е.С. Формирование межканальной корреляционной матрицы активной помехи при ограничении размерности выборочного вектора II Методы и устройства формирования и обработки сигналов в информационных системах: межвуз. сб. науч. тр. - Рязань: РГРТУ, 2013. - С. 99-103.

22. Штрунова Е.С. Применение частных производных функционала для определения расположения управляющих элементов в частично адаптивной фазированной антенной решетке // Современные телевидение и радиоэлектроника: труды 21-й МНТК. - М.: ФГУП МКБ «Электрою), 2013. -С. 131-133.

23. Штрунова Е.С. Повышение скорости адаптации ФАР PJ1C в условиях радиоэлектронного подавления // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2013»: Материалы 9-й молодежной МНТК. - Севастополь: СевНТУ, 2013. -С. 87.

24. Штрунова Е.С. Анализ эффективности алгоритмов формирования нулей диаграммы направленности ФАР при экстраполяции автокорреляционной последовательности активных шумовых помех // Перспективные технологии в средствах передачи информации: материалы 10-йМНТК. Т. 1.-Владимир: ВлГУ, 2013.-С. 68-70.

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

25. Штрунова Е.С., Холопов И.С. Программа для определения эффективности алгоритмов защиты радиолокационной системы на фоне активных шумовых помех. РОСПАТЕНТ. Свидетельство № 2013610095 от 09.01.2013 г.

ШТРУНОВА ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

Алгоритмы пространственного подавления активных шумовых помех в радиотехнических системах с частично адаптивными ФАР

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 22.10.13. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 6113

ООО «НПЦ «Информационные технологии». 390035, Рязань, ул. Островского, 21/1

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201451190 Штрупова Екатерина Сергеевна

АЛГОРИТМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОДАВЛЕНИЯ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМЕХ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ЧАСТИЧНО АДАПТИВНЫМИ ФАР

05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», 05.12.14 «Радиолокация и радионавигация»

ДИССЕРТАЦИЯ

па соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Кошелев Виталий Иванович

Рязань 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1 Обзор литературы.......................................................................................................12

1.1 Анализ сигнально-помеховой обстановки в условиях радиоэлектронного противодействия...................................................................................................12

1.2 Классификация методов защиты радиотехнических систем от активных шумовых помех....................................................................................................17

1.3 Алгоритмы пространственной обработки сигналов..................................19

1.3.1 Адаптивные алгоритмы пространственной обработки сигналов...21

1.3.2 Адаптивные алгоритмы пространственной обработки сигналов в условиях пространственной нестационарности........................................25

1.3.3 Алгоритмы определения количества источников активных помех и их угловых координат.......................................................................................29

1.4 Выводы к разделу 1........................................................................................32

2 Синтез алгоритмов защиты радиотехнической системы от активных помех.... 33

2.1 Статистическое описание полезного сигнала и активных шумовых помех .................................................................................................................................33

2.2 Синтез оптимального и двухэтапного пространственных алгоритмов подавления активных шумовых помех.............................................................39

2.3 Анализ зависимостей эффективности алгоритмов защиты от параметров отраженного от цели сигнала и активной шумовой помехи..........................50

2.4 Влияние количества активных шумовых помех и углового расстояния между ними на эффективность их подавления................................................55

2.5 Устойчивость алгоритмов помехозащиты к ошибкам оценивания корреляционной матрицы активных шумовых помех....................................62

2.6 Применение экстраполяции для формирования оценочной межканальной корреляционной матрицы активных шумовых помех....................................70

2.7 Выводы к разделу 2........................................................................................75

3 Синтез алгоритма с регулированием части элементов фазированной антенной решетки и анализ эффективности его работы...........................................................77

3.1 Выбор настраиваемых элементов плоской антенной решетки с

прямоугольным раскрывом.................................................................................77

3.2 Влияние расположения настраиваемых элементов на характеристики фазированной антенной решетки.......................................................................86

3.3 Исследование эффективности алгоритма частичной адаптации.............89

3.4 Выводы к разделу 3........................................................................................92

4 Вычислительные аспекты реализации алгоритмов защиты РТС от активных шумовых помех..............................................................................................................93

4.1 Вводные замечания........................................................................................93

4.2 Оценка вычислительных затрат при реализации алгоритмов.................93

4.3 Выбор элементной базы для реализации алгоритмов защиты.................98

4.4 Выводы к разделу 4......................................................................................104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................106

Библиографический список........................................................................................108

Приложение 1.................................................................................123

Приложение II................................................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Важным тактическим показателем радиотехнических систем (РТС) является способность функционировать на фоне помех. Если в области защиты систем радиолокации, радионавигации, передачи данных от пассивных помех разработана достаточно эффективная теория, то задача защиты от активных помех (АП) далека от своего решения в связи с постоянным эффективным совершенствованием средств радиоэлектронного подавления (РЭП).

К наиболее универсальному виду маскирующих АП относятся активные шумовые помехи (АШП) [1,2]. Применительно к радиолокационной системе (PJIC) их действие приводит к подавлению канала обнаружения цели, к ухудшению точности пеленгации и измерения дальности и скорости.

Использование фазированной антенной решетки (ФАР) в качестве антенной системы средства РЭП привело к увеличению энергетического потенциала постановщика активных помех (ПАП); к возможности формирования нужного количества лучей в заданном секторе обзора. Поэтому все большую роль приобретают многоточечные по пространству АШП, действующие по боковым лепесткам (БЛ) диаграммы направленности (ДН) антенны РТС.

Примерами постановщика маскирующих и имитирующих помех для индивидуальной и групповой защиты летательных аппаратов являются самолетные и вертолетные системы отечественного производства («Азалия», «Букет» - Ту-16, «Фасоль», «Герань», «Сирень» - носитель МиГ-25, «Сорбция» - Су-27, «Смальта» - Ми-8) и зарубежные (AN/ALQ-99D, Е, AN/ALQ-137 -носитель EF-111A «Рейвен», AN/ALQ-99F(V), AN/ALQ-92, AN/ALQ-126, AN/ALE-39 - ЕА-6В «Prowler» и F/A(EA)-18G «Growler»).

Цифровое формирование лучей ФАР в средствах РЭП за счет обработки принимаемых сигналов непосредственно в элементах ФАР также имеет ряд преимуществ, способных препятствовать эффективной работе различного рода РТС [3]:

1) решение проблемы обнаружения и подавления большего числа РТС за счет практически неограниченного числа управляемых лучей ДН антенны в режиме разведки и подавления;

2) значительное снижение уровня боковых лепестков (УБЛ) ДН антенны за счет адаптивного управления амплитудно-фазового распределения (АФР) поля в апертуре;

3) получение более высокой разрешающей способности и улучшение других технических и тактических характеристик систем РЭП за счет применения цифровой обработки.

Повышение эффективности подавления РЛС многоточечными АШП и затруднение обнаружения цели связано также с тем, что ПАП не работает на излучение в направлении РЛС, когда цель находится в главном луче ДН антенны РЛС [4]. Из-за усложнения задачи обнаружения цели на фоне данного типа помех целесообразно разрабатывать новые и совершенствовать известные методы и алгоритмы защиты РТС. В реальной ситуации, для которой характерна априорная неопределенность помеховой обстановки, перспективно применять угловую селекцию целей на основе адаптивного формирования ДН ФАР.

Существенный вклад в развитие адаптивных методов пространственной обработки сигналов па фоне помех внесли работы Монзинго P.A., Миллера Т.У., Аппельбаума С.П., Пистолькорса A.A., Литвинова О.С., Ширмана Я.Д., Уидроу Б., Гейбриела В., Журавлева А.К., Лукошкина А.П., Поддубного С.С., Ширмана Я.Д., Манжоса B.IL, Ван Триса Г.Л., Фальковича С.Е., Ратынского М.В., Цветнова В.В., Куприянова А.И., Воскресенского Д.И. и других авторов.

Современные методы пространственной обработки сигналов в раскрывах ФАР в основном рассчитаны на цифровую реализацию. Постепенный переход к цифровым ФАР способствует развитию многофункциональных РТС, поскольку применение цифрового диаграммообразования расширяет тактические и технические возможности РТС [3]: адаптивное и гибкое формирование нужного количества лучей ДН, глубоких нулей ДН в направлениях прихода АШП,

повышение точности измерений угловых координат; оценивание количества источников АШП, находящихся в одном элементе разрешения. Полный переход на цифровые ФАР сопряжен с высокой стоимостью. Цифровая ФАР РТС состоит из десятков и сотен аналогово-цифровых модулей и многопроцессорного вычислительного комплекса, к которому предъявляются высокие требования по быстродействию.

В настоящее время введены в эксплуатацию ФАР РЛС наземного (55Ж6У с цифровой ФАР «Небо-У», 64Л6 «Гамма С1», THAAD, AN/MPQ Sentinel, AN/TPQ-37, Воронеж-ДМ, всевысотный обнаружитель 96Л6Е, входящий в состав комплекса С-300), морского (XBR, AN/SPY-ID) и воздушного (AN/APG-77 для самолета F-22, AN/APG-73 - F/A-18, AN/APG-81 - F-35) базирования.

Задача защиты РТС значительно усложняется при нестационарной помеховой обстановке, обусловленной случайным изменением количества, вида и мощности излучаемых АШП, перемещением в пространстве ПАП с большими скоростями и другими факторами, действующими на различные виды РТС в процессе их работы.

Особое место при организации защиты РТС в условиях быстро меняющейся помеховой обстановки занимает уменьшение времени адаптации средств иомехозащиты по сравнению со временем действия АШП. Поэтому целесообразно разрабатывать адаптивные пространственные алгоритмы защиты РТС от АШП, реализуемые в реальном масштабе времени.

Цель и задачи исследования

Целью работы является повышение эффективности пространственных алгоритмов защиты РТС от АШП в условиях априорной неопределенности помеховой обстановки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) синтезировать алгоритмы защиты РТС от АШП, действующих по БЛ, основанные на адаптивном формировании ДН ФАР;

2) оценить влияние количества источников АШП, углового расстояния

между направлениями прихода АШП и полезного сигнала на эффективность применения синтезированных алгоритмов помехозащиты РТС;

3) провести анализ устойчивости оптимального и предложенного алгоритмов к ошибкам оценивания межканальной корреляционной матрицы (КМ) АШП;

4) определить расположение настраиваемых элементов ФАР в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольного раскрыва и оценить его влияние на формирование ДН;

5) провести сравнительный анализ вычислительной эффективности синтезированных и оптимального алгоритмов защиты;

6) оцепить требования к быстродействию системы и рассмотреть пути технической реализации пространственных алгоритмов подавления АШП в РТС.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1) двухэтапный алгоритм, основанный на решении задачи со связями, имеет на 2 дБ больший коэффициент улучшения отношения (сигнал-помеха+шум) (ОСПШ) по сравнению с алгоритмом без разделения вектора весовых коэффициентов (ВВК) в условиях априорной неопределенности помеховой обстановки, что подтверждает его робастность к ошибкам оценивания межканальной КМ АШП в условиях априорной неопределенности при размерности выборочного вектора N>6 в условиях действия АШП с относительной шириной углового спектра - 0,01...0,05;

2) процедура определения расположения настраиваемых элементов в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры, основанная на вычислении частных производных коэффициента улучшения ОСПШ, обеспечивает сокращение количества настраиваемых элементов на 20...50 % ;

3) пространственный алгоритм подавления АШП на базе частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры, применение которого позволяет повысить быстродействие РТС за счет сокращения количества вычислительных операций в 1,5-1,7 раза по сравнению с оптимальным

алгоритмом ив 1,3 - 1,4 по сравнению с двухэтапным алгоритмом адаптации ФАР.

Методы исследования

Результаты работы получены в рамках методов статистической радиотехники, спектрального анализа сигналов, матричного исчисления, в частности, метода поиска экстремальных собственных значений и собственных векторов матриц, теории антенн. Наряду с теоретическими методами при работе были проведены исследования на основе имитационного моделирования.

Новые научно-технические результаты работы

• синтезирован пространственный двухэтапный алгоритм, на основании которого вначале производится оптимизация вектора весовых коэффициентов по критерию минимума мощности помех, на втором этапе с учетом остатков помех от режекции определяется вектор формирования основного лепестка ДН по критерию максимума коэффициента улучшения ОСПШ;

• показано, что двухэтапный алгоритм на основе линейной ФАР с количеством элементов N=10 имеет коэффициент улучшения ОСПШ на 2 дБ больше, чем алгоритм без разделения вектора весовых коэффициентов, в условиях априорной неопределенности при размерности выборочного вектора п>6 в условиях действия АШП с относительной шириной углового спектра А^-я^ 0,01...0,05;

• показано, что двухэтапный алгоритм формирования ДН линейной ФАР с 100 в РТС позволяет сократить объем вычислительных операций по сравнению с оптимальным алгоритмом: в 1,5-2 раза при непосредственном обращении межканальной корреляционной матрицы помехи и в 1,25-1,5 раза при рекуррентном обращении;

• предложена процедура определения расположения настраиваемых элементов в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры, основанная на вычислении частных производных коэффициента улучшения ОСПШ, найдена связь между расположением настраиваемых элементов и

8

пространственными параметрами АШП, в том числе направлением прихода АШП относительно направления полезного сигнала;

• синтезирован алгоритм защиты РТС от АШП на основе частично адаптивной ФАР, в котором применяется выбор настраиваемых элементов, адаптивный к изменению относительной ширины углового спектра помехи и пространственного расположения станции помех относительно РТС.

Научное и практическое значение

Двухэтапный пространственный алгоритм подавления АШП, действующих по БЛ ДН позволяет повысить помехозащищенность РТС в условиях априорной неопределенности помеховой обстановки. При его применении снижаются требования к быстродействию адаптивного процессора, что дает возможность реализации средств помехозащиты в реальном масштабе времени в отличие от оптимального алгоритма.

Определена связь между расположением настраиваемых элементов в частично адаптивной плоской ФАР прямоугольной структуры с пространственными параметрами АШП, что позволяет синтезировать алгоритм помехозащиты РТС с адаптивным выбором расположения настраиваемых элементов весового вектора в соответствии с процедурой определения наиболее влияющих элементов ФАР на формирование ДН.

Внедрение основных результатов работы

Результаты диссертационной работы внедрены в промышленную разработку обособленного подразделения НИИ «Рассвет» - ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР», г. Рязань; в материалы научно-исследовательской работы ЗАО «Рязанская радиоэлектронная компания», г. Рязань; в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» при преподавании дисциплин: «Теоретические основы радиоэлектронной борьбы», «Средства радиоэлектронной защиты РЭС», «Радиотехнические системы», в том числе в форме программного обеспечения к лабораторным работам, что подтверждено соответствующими актами.

Апробации работы

Результаты работы докладывались на следующих конференциях всероссийского и международного уровня:

• Конференция молодых ученых ЦФО РФ. Калуга, 2009

• XV, XVI, XVII всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании». Рязань, 2010, 2011, 2012.

• 7, 8, 9-я международная молодежная научно-техническая конференция «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций». Севастополь, 2011,2012, 2013.

• Международная научная конференция «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ-2011. Таганрог, 2011.

• 4-й международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» (МРФ-2011). Конференция «Интегрированные информационные радиоэлектронные системы и технологии». Харьков, 2011.

• 18-ая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, радиотехника и энергетика». Москва, 2012.

• 20-я, 21-я международная научно-техническая конференция «Современные телевидение и радиоэлектроника». Москва, 2012, 2013.

• 14-я международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Э8РА-2012. Москва, 2012.

• 16-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке». Харьков, 2012

• XVII Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Рязань, 2012.

• I Международная заочная научно-техническая конференция «Алгоритмические и программные средства в информационных технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях». Тольятти, 2013.

10

• X Международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации». Владимир, 2013.

Публикации по теме работы

По теме диссертации опубликовано 25 работ. Из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 1 статья в журнале из списка РИНЦ, 4 ст