автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости многоканальных РТС со сложными амплитудо-фазоманипулированными сигналами и временной режекцией мощных мешающих отражений от подстилающей поверхности

родскиа политехнически» институт

На правах рукописи

Чернова Правда Львовна

УДК 621.396.96.001

'.ЗЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ РТС 3 СЛОЖНЫМИ АМПЛИТУДО-ФАЗОМАНШУЛИРОВАННЫМИ ЖНАЛАМИ И ВРЕМЕННОЙ РЕЙЕКЦИЕЙ МОЩНЫХ МЕШАЮЩИХ ТРАЖЕНШ ОТ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

;адьность:05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 19Э2

\

N

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории "Цифрог обработка сигналов" Новгородского полйвхнического института. Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

России,•

доктор технических наук, профессор }Црьянов Б.Ф. - '

•ОФЩШЬШЕ ОППОНЕНТЫ: Доктор технических наук - Рассштал'ов Леонид Александрович кандидат технических паук - Калэниченко Сергей Петрощгч 'Ведущее предприятие - Научно7Исследоват8лъский,

прозктно-констрхгорско-техногическин

институт "Радзр" г.С-Петербург

Зэшгга диссертации состоится " января ' г. в аудитории И 1402 в 11.3 о на заседании специализированного Совета -К 064.22.01. Новгородского политехнического института.

Отзывы /в двух экземплярах. заверенные печатью/ проси,« направлять по адресу: 173003,г.Новгород,"ул. Б.Санкт-Петербургская, д ¿1 , учежжу секретарю Совета К 034.32.01 Бритину С.Н.

С дассорггадэа .мо.хзо ознакомиться в библиотека зкнсптгута. , ,

Автореферат рззосуш декабря 1Щ г:

-!

" Учзныа сокротарь социализированного Совета К 0S4.32.0I л.т.н. .-дощ12т. г^етнн с,й-

з :' *

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА' РАБОТЫ Актуальность темы

Шресшктивнкм путем развития современных РТС, предназначенных для измерения частотно-временных сдвигоа сигналов является применение сложных дискретно-кодированных сигналов, пезво.таоцих повысить помехоустойчивость к различным видам по;юх, обеспечить скрытность, электромагнитную совместимость, околологическую безопасность. Одним из приложений сложкх д'скрбзтно-кодировагшых: сигналов, являются судовые радиолокационные станции (РЛС), использующие одну антенну на прием и передачу сигналов и применяющиеся в двух режимах -импульсном и квазинепрерывном .

Квайияепрерывный режим работы РЛС (КН РР) характеризуется тем, что время когерентного накопления значительно- превосходит значение измеряемой задоржки гв то время как сроднил интервал следования импульсов значительно меньаэ измеряемой задержки). На время излучения вход приемника закрывается, что позволяет реализовать его высокую чувствительность. Применение сигналов большеядлительности позволяет значительно повысить, энергети-чоскилпотенциал РЛС при ограниченной мощности передатчика, что особённпактуально при обнаружении слабых отраженных сигналов.-

В импульсном режиме зондирование производится отдельными сложными импульсами, причем интервал следования слоташх импульсов больсе значения измеряемых задержек. Такой рогам' обеспечивает достижение потенциальной чувствительности радиолокационного приемника, а применение сложных импульсов большой длительности приводит к возрастанию разрешающей способности по дальности и доплеровской частоте.

Характерными условиями работы судовых РЛС являются геиакжкз отражения от подстилающая поверхности, моящость которых монэт превышать косность полезных сигналов на десятки г£. Проблема выделения 'слабых сигналов на фоне иовяые чеазюак тгрзжочяя от гвдстя.м«яззй поверхности для таких РТС является, г^кй п:>. я.з/болес сложных и актуальные.

При многоканально л обработке елгвзлез "осгатсчла зярско используемым средстве* борьбы с мсгаьли 'екаггзс-т? утрчкэяяями от подстаязкг.гй тпостессти - язл»гся-сг'рчччнголя на зхолс приг-'пж.ч. .V*.« уда:ен."ых шло2

ограничение амплитуды входное смеси 'шум+гомехэ+сигнал приводит к увеличению среднего значения отношения сигнал/(шум помеха), связанному с уменьшением мощности, помех во всех каналах, обработки.

Дня .устранения вредного 'влияния по.чох возможно применение метода вреиэкноа режекции кешаю'дкх отражения, заключающегося в бланкировании (запирании) входа приемника на время прихода .ил-пульсов кошающж отражено ■, (тот же принцип, чтс и, для развязки приема и передачи). Временная ретенция, в отличии от ограничителядозволяет полностью избавиться ст нежелательного' действия мощных помех' при практически эквивалентном для дальних цзлзя снижении энергетики полезного сигнала. К прочим достоинствам временной режекции можно отнести возможность введения приемника в линейную часть зкшштудног характеристики, что' позволяет прогнозировать вид распределения помех и сигнала •на 'выходе устройства обработки , а также возможность применения в комплексе с методами СДЦ, методами когерентной компенсации 'помех. .

Применение метода временной режекции ограничивается тем,' что число элементов рэзрезения б.кижкей зоны поддзжзааос временной рожекции с зона режокции"), может оказаться велико, а при увеличении числа рзжек^нруокь.'х . элементов происходит значительное увеличение скважности принимаемых сигналов приводящее к росту боковых лепестков с БЛ) и падению главного пика тела неопределенности. Для того. чтобы эффективно пркчбЯйЛ'ь втемсЕную реалекцил для многоканальных (дальностно-догаеровских) РТС с КН .?? необходимо. более детальное количественное рассмотрение метода временной реже;о»м , примднктолызо к РТС со сложными сигналами.

Применение слота сигналов с калым (кулевым) уровнем 5.1 III в помехозо?. зожз является приБлегсательпьэ! резанием проблемы подавления коиахеих отражении. В случае пассивных отраженна от . ближней зоны подсп с'лщс-г поверхности и небольшого числа кавадов сбрзЗотей подобная задача козот быть ревен^.ярименеЕШМ -кодов с «ияикздьнок апзруодичнсЬтыз (ККА).~- обладзказ квззипзртсдаа и якзкен уровнем ЕЛ ;1АК£ во всей области задвргсек /Сьердлак'К.Б.ОптгмзльЕые дискретнь© сигналы, .У., Сов.Радио , 1972/ . Но,сетка лориодов жзвестных ККА редкая, квззипергады. к есстэетстеуасио • "чкгяя»" сйлэстн в частотном сечзкн ТН

г

фиксированы, алгоритм формирования КМА сложен, фш практических приложения желательно получение простого алгоритма синтеза последовательностей с заданным квазипериодом и минимальным уровнем ЕЛ ИАКФ в заданной области задержек.

в случае использования кодов с квазипериодом для увеличения разрешающей способности по дальности " дит внутретактового кодирования необходимы последовательности с низким уровнем бокового лепестка (БЛ) импульсной автокорреляционной функции (ИАКФ). Для РЛС с импульсными сигналами повышение помехоустойчивости, разрешающей способноста по скорости и по дальности также связано с применением таких последовательностей .

Минимаксный уровень ИАКФ бинарных' последовательностей . составляет 1. Однако, каталог бинарных последовательностей с* уровнем бокового лепестка (БЛ) ИАКФ по модулю'не превышающим 1 ограничен последовательностями Баркэра дайны не более 13 Попытки расширить это множество не увенчались успехом. ■ Однако, для практических применения приемлемо использование троичных амп.иггудно-фаяомаяипулирозэнЕЫХ последовательностей с едишгшым (по модулю) уровнем БЛ ИАКФ .и минимальным (малым) числом нулевых символов - импульсных- троичных огтгимальных. (квазиогггимэльных) последовательностей. (ИТОП ,ИТКОП;. Путем направленного перебора были найдены некоторые" ИТОП и ИТКОП длины ы< = 1ь . /Амизнтов И.Н. Избранною вопросы статистической теории связи',-М.,Сов.радио,I97I-4I6 с./ -Практическая потребность в ИТСП или ИТКОП большей длины определяет ' актуальность задачи их синтеза . .

Поставленные вопросы явились предметом исследования, результаты которых составляют основу диссертации.

-- Таким образом, АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ определяется, с одной стороны. необходимостью повышения помехоустойчивости работы РТС (РЛС с КН Р?, импульсных РЛС, систем навигации), работающих в условиях мощных мешающих отражений .и, с другой стороны, недостаточной изученностью'вопросов,, связанных с эффективным применением посменной резекции, отсутствием регулярных' алгоритмов синтеза троичных последовательностей с "хорошими" импульсными свойствами.

ЦЕДЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

• Целью работы является разработка . -метода временная

t^ptt1 тин i7 ii3 ""futol-tfci noiiüynо '"1—* ыппгп1«0-5 п.цл-1 dtf* /ч

,««iul никл lihu^tfil * iu '.vaisj и 4 wu uu^vfw i « , hju шы,,. it - * w

квазинепрерывными сигналами, работающей в условиях мощных мешающих отражении от ближней зоны подстилающей поверхности, а также задача синтеза, троичных сигналов с хорошими свойствами импульсной автокорреляционной функции.

Задачами диссертационной работы являются:

- оценка спектрально-корреляционных свойств квазинепрерывных сигналов при временной режэкции мешающих отражения и многоканальной корреляционной обработке,

- теоретическое исследование влияния временной режекшш мешающих отражении от подстилающей поверхности на помехоустойчивость РТС с КН РР и определение соответствующих оптимальных параметров; оптимальной роны рвжекции , соотношения

тактов амштгуднои и фазовой манипуляции , достаточной мощности излучения (для линейного приемника и прдакника с ограниченным динамическим диапазоном) ,

- разработка метода построения дискретных модулирующих последовательностей лая многоканальной дальностно-доплеровской РЛС с КН РР и временной режекциэи мешающих отражении от подстилающей поверхности,

разработка методики выбора параметров. РЛС с КН РР и временной режекциеи мешающих отражений от подстилавшей поверхности при ограниченном динамическом диапазоне приемника,

.- синтез троичных последовательностей с хорошими свойствами импульсной автокорреляционной функции,

- проверка теоретических результатов путем моделирования ьа ЭЬМ и эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА .

1. Проведено исследование метода временной ре юз кии мешзших отражений в применении к многоканальной РТС с сложньш аггплетудно-фазомашшулироБаНныки сигналами результате которого получены новые научные результаты:

подучены аналитические оценки средних значени спектрально-корреляционных гара1ггеристнк принятых сигналов ' (сркднекзадратических БЛ ТН, среднего коэффициента приема, средзего коэффициента наложения)". . -'

- подучены аналитические выражения для среднего и цотенци альЕогО- значения отнсшения сигнал/* ну* «-пэиэха) ка выходе корр дяааоЕзого устройства обработки дгя далъвостаас каналов при прзгаеавшяи вреаонваи решкдии мощных ввезших отражений от

/

)

ближней зоны подстилающая поверхности и Гауссовскоа статистике помех, .

- по критерию максимума помехоустойчивости для удаленных целей при развязке приемно-передающего тракта в соответствии .с ПСП определены 'следующие оптимальные параметры: достаточная мощность излучения (для линейного приемника" и " приемника с ограниченным динамическим диапазоном), оптимальное соотношение тактов амплитудной и фазовой манипуляции, оптимальное число

• режектируемых тактов амплитудной манипуляции,- оптимальная зона режекции (при фиксированной мощности излучения).

2. Предложена методика выбора параметров для многоканальной дальностно-доплеровской РЛС с КН РР и временной режекциея мощных мешающих отражений от ближней зоны подстилающей 'поверхности, поволявдэя осуществить выбор мощности

. излучения, зоны режекции, структуры и параметров "ДПР по критерию максимума помехоустойчивости для удаленных целей при заданных пиковой мощности передатчика и динамическом- диапазоне приемника.

3. Разработаны алгоритмы синтеза оптимальных и квазиопги-мальных троичных последовательностей,■ троичных и двоичных

последовательностей с низким уровнем ИАКФ , а также низким уровнем ИАК<5 и БЛ ТН в частотном сечении ' в заданной дошгеро-вскоя полосе.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ '

Теоретическую значимость, по мнению автора, имеют полученные для метода временной режекции мешающих отражения аналэти-■ ческио оценки среднеквадратического БЛ ТН при усреднении по всей области канал-задержка-частота, среднеквадратического ТН з "коррелированном" по задержке сечении при усреднении по области канал-частота. среднего коэффициента приема, среднего • коэффициента наложения), оценки для среднего и потенциального значения отношения,сигнал/(шум+помеха) на выхода корреляционного' устройства обработки (УО) .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Практическую ценность. по мнению автора, имеют :

- р;-г.?рлоотанная методика выбора параметров для многоканальная _ дэльгюстно-доглеровскоя РЛС .а КН РР и временно;» режекциеа мощных уреэюлих отражения от йдошея зоны подати— лающе я поверхности.

ч

- разработанныа пакет прогрскм, . позволявший оценить спэктрально-корреляционные характеристики сигналов, сроднее # и пзтоецизльео доспьавдое значения выходного отнотония сигнал/ (шук+помеха) в условиях резекции кеазэдих отраженна от Езвслноваяяок корског поверхности при цифровой сегментной отработке сигналов, дальность обнаружения цзли с заданной ЭПГ на фоне взволнованной корскоя поверхности заданной балыюсти,

- рззработаные алгоритмы синтеза оптимальных и квазиопгн-мальных троичных последовательностей, троичт;ъ:х и двоетных

последовательностей с низшгл уровнем ИАКФ , г такжо 'низким уровнем ИАХФ л БЛ ТН в частотной сечении в заданно;: доплзро-скоя полосе, отличавшиеся простотог алгоритма Формирование

- сиктез;"рованныо ИГОП, ИТКОП/ 1ЩК0П, ТЛЕ.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Материалы диссертации использованы в ОКР, выполненных . Новгородским ПОЛИТСХВКЧеСКИМ институток совместно с прздприятием "Равенство" г. С-Петербург .

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Пс материалам диссертационное работы опубликована статей, получены з азторских сьэдэтельствэ. Результата работы докладазались к обсуедались на:

- научно-технических конференциях НТО РЗС им.А.С.Попова, г. Новгород, 1985-1950 Г.Г.

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НПИ,-г. Новгород, 19ВЬ-1950 г.г.

- Всесоюзной конфсрешож "Современные проблемы радиоэлектроники" , Г.КОСКВЗ, 1986 г.

- Въездном семикзр? НТО АН СССР "Проектирование, испытание у. эксплуатация систем вторичной рздиолскзцки УВД и систем хфедупрзздвний столкновения вездусных судов",г.Новгород, 1&езг.

- Вгесоязиоя семстаро "Вероятностные методы в кнформотк}?с?", г.ЙЗВГОРОД, .1930 г.

- научно-технических совещаниях предприятия "Рзвр-пст-•во", г. Санкт-Петербург. 2552-1632 г.г.

СТРУКТУРА й ОБ,Э! РАБОТЫ , " ' ,

V . ,

Диссертация состоит из введения, четырех разделе©. заключения к 0 -лрагзвегю. Работа ссдоркст з 4с страша: кзеяео-жснсго текста. 32 кгзйгтргдаа и 10 таблиц. Библиография »г ■таигагенкл гоедгтззждк на 33 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ , Во введении обоснована актуальность работы. . Выделена совокупность вопросов, решение которых требуется для повыие-' -ния помехоустойчивости РТС с сложными .амгшггудно-фазоманипу-лировзнными- сигналами и Еременнои режекциеа мощных мешающих отражении от- ближней зоны подстилаюшея . поверхности. Сформулированы цель и задачи работы.-

В первом разделе рассмотрено влияние временной режекции на спектрально-корреляционные характеристики принимаемых сигналов при квазинепрерывном режиме работы РТС..

При КН РР и временное редакции гоиех временная развязка' приэмно-даредающего тракт? осуществляется в соответствии с дискретными послэдаватвльностЛш развязгаг (ДПРУ xi. Х2. .

где {o.t).i=o.H-i j -*ДРР тервдагчина. •

Х2 t°-l}. i^o.N-aj- ДПР приемника.

Излучаемый акгшгтудао-фазоманшулировавдыа сигнал кодируется . в соответствии с.троичное дискретной модулирующее ггоеледо-

тельичстью (ЛИП) W. = {w. |w. е {0,4 l},i=0,H-l

Для осуществления временной режекции мешающих отражении от м элементов разрешения ближнее зоны годетшающеа поверхности достаточно, , чтобы ДПР приемника Х2 представляла собой произведение II * 1 • tвключая временную развязку призма -передачи) инверсных задержанных копии ДПР передатчика XI

X2i 8 'п i-ôTiPT . (i)

r=0 • N

где M - число режектируемых помех (число домножения),

Xî4i: \ i-û,N-1 - инверсная копия ДПР передатчика, ,

задержанная на j .тактоб, . •

< >N - операция вычисления нндексз по модулю n . Как следует из выражения (I), КН PP. можно ' рассматривать как частный случай временной режекции помех с М^О.

В качестве основных показателей качества сшкгрзльяа-коррелшибнкых .свойств квазинепрэрьшныг сигналов оЗьгшо выступактг / Вшокуроз В.И. ,• Гантаэхор В.Е- Дискретно^- ■ '

кодароваэгш систскыЕсстЬв-ка-Дсяу,. гзэо. -.262 е./

N

следующие величины."

Ненормированная функция неопределенности

V ~о »

< I -» > V ■ •» м

где к - дяина сигнала в тактах фазового кодирования т0 (сею, - опорная ДМП .соответствующая с-тому дальностному

N

каналу,-^. - МП, соответствующая.эхо-сигналу, задериан-

N

ному на з тактов ,

к - дошюровское рассогласование частот в частотных

дискретах д1=1/(И*т0) Гц.

Из выражения (2) следует, что, в случае Ж РР, каждый

с-таг дальностный канал характеризуется "своей" с-тоа функцией

неопределенности. Обозначая Глс=| {?с(о,с)[ ,определим

нормированное ТН для с-того канала как

г (к.е) | й (к.а)| (3)

с Гл

с

Энергетические характеристики принятых сигналов при Ю! РР ' описывается двумерной функцией приема , определяемой как

кш)(с-в). = "КГ * Тл1<.-«> ' •

* «. =0 N N

где с - нокер дальностного канала.

к.1 - обюзе число излученных импульсов". При дзукзрнзя функция приема называется коэффициентом приема, ' при с»» двумеркая функция , приема называется коэффициентом наложения и обозначается нси). Наибгшаавм уровнем ЕЛ характеризуется -коррелированное" по згдержка сечение ТН Дт =с-в= о.

В работе показано .что среднеквадрзтическиа уровень БЛ аоркировчнвого ТН в с-том дзльностном канала при временной ражекшш может быть вырааюв как

с ....... » ■——-—-—• , (5)

с отн -■_,

/ глс«а: / *

а в -коррелированно*"- го задэриасо сочоеин еиэдт б'.аее высовдл уровень Ч8М б других точениях е -

• • р •. 1 ^«г {6)

■ е ОТВ а - 3. -.......■, * •

; /гл у к_(о*ы

"У

В СДГ1® иаогсасанзльноа система харзктеристикаки яв-

.дягггся средниз сценки спеетрально-корреляционных значения' функция (2-8) ; з тзк не их дисперсии.

Для случая временной режекции меизюзцях отражения найдены сцсйки средних по дзльностнын каналам спектрально -корреляционных характеристик сигналив, которые имеют, вид.:. ___ "среднекзадратическпа БД нормированного-1Н

• ;отя 2 /32/М = 1/ Уг5*01 , (7)

среднеквздратическия БЛ нормированного ТН.в сечении дг: о

Рд^ 2 / («2*-31-1)/М = х/ /тТ , (8)

средняя яозффтсЕНТ поиема К2

к«- = - = 1/32 ' , (9)

М-1

среднее значение козЗфпдантэ наложения •

К2 XI-1 1

Я - - * -- ■ , (10)

П-1 .4-1 31*132

сроднее значение глазного пика' К1*К2 м

• гл * - --си)

М-1 • 31*<}2

При развязке приемно-передающего тракта последовательностями структуры, близкой по статистическим свойствам к случайным последовательностям со скважностью 91, а »меЕно. й-последовательностями, кодами Зингера !КЗ),. нерегулярными /мпульсными последовательностяжи со свойством "не болео одного :пэпадгяия"(НИП), называемыми далее последовательностями с :сез- дослучаяноа структурой . .(ПСП), оцзнки средних значения :г:ектрэлъно-коррелядаоякых характеристик , принимают следующий ?кд.

91-' (м"° ^ ;(-;-) 1

й - И ж Г'

'Нтгт). - О'

/( 01 .,(»«♦*> / - /

1 81-1

?огн I-1 (1Б>

Из анализа выражения <12-15)слздует, что при увеличения числа домно:гэпка м происходит резкое ухудшение сгоктрзльно-корреляцконных характеристик сигналов, в частности, увеличение срвднахвздраткчэсксго БЛ ТК.

йз анализа выражения (14) следует, что при фиксированном числе докхожзнка ,М имеется оптимальная скважность ДПР XI передатчика при которой среднекзздрзтичвс'сий ЕЛ ТК в сечении ¿>т = о минимального значения,определяемая как

На осеою анализа получзншлс зависимостей для • многоканальное сист0йи С ЧИСЛОМ ЧаСТОТЕО-ВреШЕНЫХ ковалов дщкзф. >ы и ерэкэкнеж ретш&в ' квааших отражения в ■ приемнике, прадлоиена идеология построения ЛП? X:, хс\ пззьоляицзя практически ккнжшзирзвзть необходимое число докионэнка, пздзпке среднего главного пика, рост срздЕеква^ратаческо.го БЛ ТН за счет увеличения соотношения тактов .амплитудной и фаговой ■ манипуляции (ра5кьра кванта ' Т А ).

О X '

Для достижения необходимого разрешения вводится фазовое кодирование - Реоулътнрувдая ДМП V излучаемого сигнала получается посредство;-« уююженнл символов дискретной последовательности фоЗОЗОГО кодирования г и символов ДГ1Р XI по закону

н. х к,* II ,, 1=о7ТГ-Т с (16*)

Д2Я средаелвзлрзтйческот'о БЛ ТН 5 "коррелированном по »глэраакэ течении" лркмерониэ крупного такта б ртсутстщад

редакции приведет к его росту"5 У ргз .однако, ц случае прггетвопк врзкенног-. рзЕэкщш, укрупнен»® • такта ДПР мою&т оказаться полезные. 3* для бтогс сеченая ТН.

Ььлгтрьй в урозке ср9ДЕ&кзадра'пгческого БЛ ТВ от лрикекения крупного такта оцжзззтея хфи зоне ренэкцда 16 элэкентов рззреаенпя й скэзжзогта исходного сигнала С1=2 при - 16 каж -40 ДЗ, ПГИ СКБ38Ш0СП! й! Г 5 - 3 4 Д5, Прй СКВайЕОСТИ 61 -21 - 5 д5. ¿¿г-сгргд:. в уровне среднеквадрэтичзсдогс ■ ТН в

"коррелированном" сочетай зависит , в' частности, от размера я&антз и при N1^ = 8 при скзажпости ДПР 91=2 оцвнизаэтся -зо лЗ по сравнению с нку=1, при скважности 51=7, применение крупного такта ДПР но ухудшает сродаеквадратического уровня БЛ ТН в сечэкии Дт=о, при скважности ДПР 01 = и ухудаэниз составляет - 5 дЗ.

Во втором разделе исследуется влияние временной режекции мешающих отражений от ' подстилающей поверхности на помехоустойчивость РТС с КН РР, определяется потенциально достижимое значение выходного отношения,'сигнал/шум-»помеха, устанавливается значения оптимальной зоны р-зжекции, оптимального соотношения то;сгов амплитудной и фазовой манипуляции, оптимальное ,, число домиожениа и необходимой мощности излучения как для линейного

I

приогег«:ка, так и для приемника с ограниченным динамическим диапазоном.

При рэссчетах было принято, что помеха, поступающая от любого разрежаемого участка > подстилающая поверхности есть стационарам гауссовский процесс, пзраметрц которого зэеисят от диатзнши, помехи от соседних эломонтоз разрешения .явллится некоррелированными, доплеровскиз сдвиги частот отрзтонкз от шдсталаюсвй поверхности занимают несколько (2*к +1), элементов разрешения по частоте' и в полосе ( кп. -кп) распределены рззяотрно, собственный шум приемника - бель?,.

В этом случае, модель, описывающая среднее отнесение сигнал /(ыуи + помеха) на выходе корреляционного УС- РТС с КН РР при реуекцки косных мекающих отражений от

подстилающей поверхности примет вид: !

2 • 4 »

р^* ь* а *Г?с (е.Н/(с*<1) Г 17)

!( = .>) =-:-у-!-1- •

Р.*Ь*9*с *|? (с,к) п 2 2 '

ГР . - -^ V, Ук-к1'я>

(2»К+1)*с[г ¿,2- 3 3 >)

■ » = к . е с

рож

где р. - пиковая косность гарздгтчнкз, - ЭПР & -

рескэр слом-зятз разрешения, Ро - мощность теплового \иукз тгз входз приемника, г ^.чисдо' рожоеткруемьгх злзмозтов дистанции, °а - удзлънзя ЗПР подспмапззя поверхности,' - аирина

диаграммы' направленности в горизонтальней п. ^сетсти,- ь -

<з2»х2/(^«п)3 -характеристика гктоЕПЫ, г> •Ъ$К./ц}г>гг уелтл»

■Л.

у{

ГДЭ л = 1 Гл + 2*К «{Гд.

антенны. - дцина волны,

Цели названы малоподвижными. если соответствующее смещение частоты находится з полосе частот, занятой; отражениями ст подстилающей поверхности, и скоростными, если соответствующее доп-леровское сквернив частот находится вне этой полосы.

Оданка среднего отношения сигн ал/шум-»-помеха. с учетом оценок средазкзадратичэ ских ЁЛ ТН, полученных в разделе I принимает

следующий ВИД: _ 4 -

<^*Гл / с

<3(г) = -:-;- . 118)

, а4*? - , а. 1

I - + о- * -+-

Нсу для скоростных целой

ддя малоподвижных далей, »о= сг^ч эт* а*" - "ЭПР элемента разрешения".

Получено среднее отношение сигнал/шум+помеха при развязке привкно-передакдаго тракта з соответствии с ПСП.

Из вырзжений (17-1Б.) для среднего выходного отношения сигнал/шум+помеха следует, что при действии помех . типа отражений от подстилающей поверхности при заданных параметрах и. ¿,=>и существует' потенциальное -значение- ч* {потенциальная помехоустойчивость). которое до может быть превышено ни при каком значении излучаемой -мощности.

На основе проведенного анализа соотношении (17-18) определено следующее.

При фиксированной мощности излучения возможно увеличение помехоустойчивости прч увеличении зоны раяекции до значения

Зштг = «опт* *ь'спг-При фиксированной зоне режекцик возможно увеличение помехоустойчивости за счет увеличения мощности излучения до уровня определенного соотношением (достаточная мощзость) .для .линейного приемника

о реж

'(13)

: -о

гдэ заданный уровень -г потенциально деепкйэвого значения нокехоу стсачивосга.

Для приемника с ограниченным динамическим . диапазоном соотношение связывающее мощность излучения и зону режекции, при выполнении которого средняя мощность помех от подстилакщза поверхности не* превышает динамического диапазона приемника. имеет вид

р *!в * ь * с

..>/ ' ------

в --- (20)

РвЖ * в1* Ро* ^

о пр

Потенциальное отношение значения отношения сигнал/ шум+помеха определяется соотношением

- ; 4

сц*ГЛ /с

Ч * * --;-1--. (21)

Спр - ,а 1 2 ~

V ~3 *-2- *(!+ — )

с 2*2 »(31 О *

реж пр

- оптимальный размер кванта КкУ0ПТ определяется как

МкУопт=с/ / в1 • (22)

- оптимальное число домвожениа по критерию махтемума

дачехоустЬачявости удаленных целей при развязке лр&яето-

пзрэдащвго траста - ъ соствэтствии с. ПСП определяется

соотиоиендам :

* , вх

^г)

Мопт - 2/1пI ~"ЙТГГ I • ' (23)

Выбор оптимального числа дсмясивниз и оггпжол^ного соотношения тактов амиотгудной и фазовой'манатулкцгк, пеззоляэт повысить среднее значение выходного отношения скта^/Е^+п^чеха дгя удаленных целей на 10-20 яз. '

В третьем разделе ргсскстррны вопросы синтеза трзичнкх сигналов с с низким уровнем БЛ ненормированной икПульсно* автокорреляционной функции (ИАКФ), определяемой как

М"*~* В при 3=0

К(5) = ) х.» х. . = { _ , (24)

прй а*0

П» п - главный них ИАК$, г(в)" - Ы ШШ.

' Троячныэ последоззтельнлсти, удстлотасрянвав ссоткотеяяя?«

(|г(з)|)) 1 1 _ з-1, N -1 4 .(¿5)

! (|г(з) |)) < 1 з=г.л-1 (26) .

названы 1П Баркоровского типа' (ТПБ).

В разделе рассмотрены два алгоритма синтеза ИТОН, 'ЛТКОП: реккурентный алгоритм направленного перебора путем " размножения и продолжения решений'1 и. алгоритм "символ за символом ".

Первый из предлагаемых алгорйтмов основан нз модифицированной рекуррентной процедуре "размножения" решений./Амиантов И.-Н. Избранные вопросы статистической теории связи,-М..Сов.радио. 197Т-416 е./ • Об,ем вычислений удалось сократить путем исключения сопряженных и инверсно-сопряженных вариантов. Алгориг* гарантирует глобальность множества решения, т.ё;. по результатам поиска можно утверждать, что других решения не . суирствует, а при отсутствии решений; _ что их нет вообще. Алгоритм ~ размножения и продолжения решений.";, реализованный в виде программы на ЭВМ. позволил найти 17и ИГОП и ИТКСП - длился ь < N <21 . N-23,27,31 с минимальным и малым числом нулевых символов,

Для длин 5 < N <21. найдено .глобальное множество, импульсныхтроичных последовательностей.с минимальным числом нулевых символов и уровнем ИАК9 (по модуле) не превьшювдим -единицу. . ' . • ;

Найдены» 230 ТПБ длины -5. < N <31 'с числом нулевых • символов - 1 < по <17. отличающиеся от -известных БЯБ длиной; структурой,'•скважностью, локальной оптамаяьность» ИАКФ и ПАКФ.

Среди И10П и ИТКОП одинаковой длины найдата дополнительные пэры по ИАКФ и ПАКФ. Практически каядая последовательность имеет дополнотельнуи или квазидоподнитольнур по ИАКФ. ;'

. Для каждой длины N . существует* минимальное'число нулевых ■ символов шот> п, таксе что невозможно построить ,ТП баркоровского типа с то < во - . -Граничные числа то для ТП с БЛ ИАКФ не

. . - • V 1 * лип I

превышающим по модулю 1 представлены -в таблице 1

' Таблица 1.

Длина n 14 16 17 13 19 •23-

ао •и, г. ••о . 2 . ■ -3 з' 3 4 • *. 4- •

и 1.16 1-1 1,23 1.21 1,20- 1.26 1,21 --^

Зависимости, представленные в табл.i отражают общую тенденцию увеличения числа нулевых символов то, при увеличен к? длины N в ИТОП . ■ -

Алгоритм "сиг/зол за символом" конкретизировал для двух типов задач - для синтеза ТП сХШ) с единичным уровнем БЛ ИАКФ (25) и для синтеза ТП (ЯП) низким уровнем БЛ ТН в сечении а для заданной частотной полосы < ТП и ДП с кзззипериодом) и единичным по модулю уровнем БЛ КАКФ <25) .

йзкурентный алгоритм синтеза ТП "систол за скгаолом" заключается в нарапквании (последовательности (; тгзвз или слеза) по одному символу, выбор которого зависит от множества текущих значений БЛ ИАКФ {r(s)t s=i,ü-T (корреляционного вектора) .значения символов ТП {х.> i=o,н-1 и заданных ограничения на уровень БЛ. Алгоритм основан на связи старого и "нового" корреляционного вектора

гн(з) - гс(з) + xn* s=S7H (27)

Показано, что алгоритм формирования TII с удовлетворявшей (31) может быть представлен в виде . -sinßv(V) при нV| " о

. при 5V5 = о

- [ ±1

(23)

гдэ ¡VI -норма - вектора,

V = гв(з)«хм_в, 3=1,13-1 | 1

г +1 если ^е (0, +1} з1гпу(у> | -1 если ^^ {о,-1> | .

о если -/^с <о

Показано, что средняя скважность полученных ИТК1/П. '-■> раза меньше чем скважность ШП соотзетствугсщей доты .

По алгоритму подобному <28) получены новые; двсичнью последовательности "со свойством не более одного совладения-, попзлнквззе гедагжеся множество КИП , отлкчгюдаэся структурой, практически не уступаюсюз икеввимся в скважности. ^

Достоинствами полученных ТП и ЯП является простота'^ формирования и простота получения нулэвьз . ЕЯ. ИАКФ да -заданных задержках.

Дхя отыскания ТП (£П> с квззклзрисдои. Ткз и низки» -' уровнен БЛ ИАКФ в заданно* рабочая дипззсяо .зад&рток используется иодфикация глтсретна "скг тел за смсасдаг,

отличающегося от (28). тем, что следующий активный символ размещается не на следующей возможной позиции кода, а на позиции

1 = , .1 = 1,Ктах ,

Шэ í

на каждом шаге происходит выбор минимального отклонения.

Число активных символов в ИТКОП с квазипериодом ткв зависит от корня' квадратного величины максимального отклонения от положения единичных символов РИПа с периодом Т-Ткв, среднеквадратический БЛ ГН в сечении' з-о для пйлосы частот (в дискретах) о<к< о.8*Кшах меньше чем соответствующий уровень для кодов "с минимальной апериодичностью" аналогичного квазипериода .

В четвертом разделе решаются задачи экспериментальной проверки и практического использования предложенного метода повышения помехоустойчивости РТС со сложными амплитудно-фазоманипулированными сигналами и временной режекцией мешающих отражений от ближней зоны подстилающей-поверхности Проверка основных теоретических результатов осуществляется путем моделирования на ЭВМ обработки сигналов"в карабельнной радиолокационной станции (РЛС) с КН РР ,а таюке путем натурных испытаний.

При моделировании в качестве законов развязки приемно-даредающегс; тракта использовались т-последовательности и' коды. Зингера над полем с характеристикой '¡3=3,5,7,11 ,а в качестве последовательностей фазового кодирования - т-последовательно ста. , Троичная ДМП V строилась по закону (16).

Соотношение длительностей такта амплитудной манипуляции и такта фазового кодирования (размер кванта)

Ыку=4,о,16,32,64 .

йсслэдуемыв ДЛИНЫ СИГНЗЛ0В Н = 1024, 2048, 4096; 8192. 16384 (в тактах фазового кодирования).

Вид обработки - сегментное предсжатие, над отсчетами которого производится дискретное преобразование Фурье по алгоритму .БПФ .

Вад помех - отражения от морской поверхности при учете зависимости удельной ЭПР от угла скольжения 'и состояния морской поверхности. Численные данные взяты из книги /Морская радиолокация/Под ред. В.И.Винокурова,- Л..Судостро- ■

ение, 1986, 255 е./.

'' Результаты проведенного моделирования морской мнегошкаяьнов дальностно-доплерозской РЛС при применении метода временной рекекции показали .•

- при домложениях рост среднеквадратический ЕЯ нормированного ТН, выраженный в д5 составляет от о.з-з дБ на домвожекие в зависимости от скважности Cil ДПР Xi Наибольший рост характерен доз развязки приемно-передающего тракта ПСЛ со с1свзншостью qi-2 и состаалнет з дб на домножение,

- наибольший средяеквадратичоскюз БЛ ТН наблюдается в сечении - лт г о, уровень которого превышает среднеквадротичос-

кия при усреднении по всей плоскости задержка-частота на з-ю дБ в зависимости от скважности ДПР ai и размера кванта Nkv, - увеличение размера кванта приводит к росту БЛ ТН в сечении дг г о , однако, отрицательно© влияние увеличения размера кванта может был ослаблено.за счот уменьшения числа докнекений,

- СКО опенок БЛ ТН при усреднении по лашюспшч каналам г ростом числа докяоя.екиа ст о до 4-ех увеличивается ь средне* nr а до 19а.. Hакбсльют. рост СКС характерец для М-последово-тслыгасти и составляет б среднем 3,5 % на дочножош!»,

- средисе и потенциальное откосение сигвал/cyiM злмохч ти-мзкс:яаггноо значение. достигаемое при резлигаом числс домнoimîbxz у размере кванта зависящими .в частности, от помора канала и скьажвости »заученного сигнала Qi. ; Для иес.»-дованных последовательностей оптимальное числу дюяфавяя?. лежит

з пределах з-u домноженкй, оптимальней размер ки=л(та составляет 4-зс 4азовь:х дискрета, . 1

- применение временной режекшш и скизлоа с кр^гстл так--том ДПР позволяет подучить выигрыш в соеднея . и потэкгз'-льгпк помехоустойчивости во бнсттсмохсвои заяо ( о - 2 с i дБ :-. ззькяи»!' ти от 'ёоюрз д-адьяоетнога канала и п&ж.'остек ДС? пс^дгл^ик-: Xi у. прдамЕИКз Ш. Для дальних кзизлзй выкгрш в -сродаог' и • теншальноа помехоустойчивости для оптимальной. зоны составляет ю-::о дБ,что соответствует узедичони» халирсти обнаружения цз.»«! заданной ЭП? в 1.7-3 рз-за. , '

Возультзти моделирования-и расчета по яналипг<ескл( сизякам совпадают в прпд»лзх.писпор^гя ...

ЭхспермевтадьлУО исследования пр^етдидусь ня *з-

¡сете корабельной РЛС. разработанной при проведении НИР.

Объектами наблюдений являлись - береговая черта,а тага® случайные неподвижные и доплеровскк© цели (суда различного водоизмещения^ в акватории зализа.

Полученная в результате обработки эхо-сигналов информация о целях отображалась на экране индикатора.оценивалась визуально и фотографировалась для дальнейшего анализа.

В проведенном эксперименте'При различных зонах режекции -о, б, и элементов режекции, было стабилизировано значение порога, чему соответствовал разный уровень ложной тревоги .

Фотографии радиолокационная каргины показывают, что с введением режекции ближней зоны отмечается существенное снижение интенсивности засветок, вызванное влиянием БЛ ТН,. без заметного снижения дальности обнаружения спо дальней обнаруживаемой точке берега),т.е. 'одинаковая вероятность гтра-вилыого обнаружения- дальней вели. Из этого следует , что при стабилизации уровня ложной тревоги - сдаз^ дальность ' обнаружения далей увеличится.

• Таким образом, результаты натурных испытаний радиолокационного комплекса , подтверкдэог положительное влияние временной, режекции #а обнаруживаомость удаленных целей.

. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получены оценки среднеквадратических БЛ ТН. среднего коэффициента и приема. среднего коэффициента наложения,-позволяют;те сравнивать дискретные последовательности развязки по рзстачным критериям при применении метода временпод • режек-. Нии мешающих отражения от подстилающей поверхности. Определен метод построения'дискретных последовательностей развязки/ при котором минимизируется падение среднего главного пикэ и рост _ средпеквадратичоског' БЛ ТН .

2. На основе оценок среднеквадратических ЕЛ ТЕ1 в предположении Гзуссовской. статистики помех подучены выражения для среднего и потенциального, значения- отношения сигнал/(шум помеха) на выходе корреляционного устройства обработки для различных дальностких. каналов при применении временной ровечаош мевайх мевяюша Ьтрашния от ближней зоны подстилающей .поверхности, позволяющие определить огшм-чльные значения таких лзрлмотроэ. как соотношение тактов амплитудной. и • фззовзз манипуляции, размер зоны режекции. '.достаточная- 'мощность

■излучения для линейного прнек'гика и приемника с ограниченным лличегкпм датазгЬпом в соответствии с принятым критерием юхоустскчивос" и.

3. По критерия максимума помехоустойчивости дяя удаленных голой при рззвязко приемно-передаюцего траста в соответствии Ь ПСП определены, следуюЕИО.оптимальные параметры.- достаточная моцность,излучения для линейного преемника и

приемника с-огрзпичепшчм' динамическим диапазоном (при фиксированной зоны гежекции);

- отимэльное гостгошега** тактсь амплитудной к фазовой манипуляции; 1

- оптимальное число режектарусмых тактов амплитудное манипуляции,

- оптимальная зера резекции [при фиксированной мощности излучения. Выбор оптимальных параметров, как показал;' расчеты,, позволяет увеличить выходное отношение сиптзл/ < щ-к шомехп > для удаленных целей среднем на ю-,?о д*.

4. Предложена методика выбора параметров для многоканальной дальностно-доплеровскся РЛС с КН РР и яремеш.'ий реакцией модных мекающих отражений от, ближней зо!Ш подзти-ЛЧгаСЙ поверхности, поводящая осдествить выбор ' мощности излучения,- зоны резекции. структуры и параметров- ДПР го :ср;тгерию максимума помехоустойчивости для удаленных шлей при заданных пиковой' мощности передатчика и динамическом (Диапазоне приемника. !

ь. Разработана упрощенная методика расчета дальности об-наружеьт.я иелей с задэшюа ЭПР в случае временной |р ^еззюзих отражений от ;юдстилзкйК5я| поверхности. • '

6. Разработан пэхот программ.'. лозполплгуг отгнить-;

- спектрально-корреляционные характеристики ач^Ьгулг'; ?23омзн-ипулировэиБья сильэл'ов, среднее зг-.чениг. киоянэк зтяо-хкия сигнал/(нун* помеха; как в отдельном к.-л;зл<-. т.*:/. ;; заданном "множестве дальвостных каналов в условиях ггрзжэния от взволнованной морской поверхности при зегкентвег отработке сигналов; • \

- дальность обнаружони-я 'иели, с заданной 311? на фо^о взволнованной корскс? псягргоэсти с заданной б.гш'зстью в \ ~1учэс временной роже гада мегасезя стр-.'чепиг от псдстклчусаг юзсфхнасти. " • ;

7. -рззрзбсггаяы алгерит^ синтез?. ггтжальпкг у. гьчххгхп.*

f.-.зльпъя троичных последовательностей, троичных и двоичных последовательностей с низкий уровнем ИЛКО , з такнго визга® уровнем ИЛКФ к БЛ IH в частотном сечении в^ заданной доплзро-вской полосе, нз оснозъ которых получены следующие III .

- 1711 ИТСП и ИТКОИ 5 < н < 21,

среда них выявлены дополнительные и квазидоползительные по ИАКФ и по ПАКФ пары; •

- глобальнее множество КТСП'для лат 5 < t; < 21,

- 230 ТПБ длины 5 < к < зг с числом нулевых символов 1 < шО <14, отличающиеся от известных длиной. структурой, скважность»;

- eoeug двоичные последовательности со свойством не более одного созпэдн:шл, отличающиеся простотой алгоритма формирования;

- новые двоичные к троичные последовательности с квази-шриодом но уступающие по скважности и уровню БЛ ТН в частотном сечении последовательностям с минимальной апериодичностью и отличающиеся простым алгоритмом их получения.

. 8., Эксторименталько подгшркдено повышение помехоустойчивости в случае применения метода временной режекции мешающих .. отражений .от подстилающей поверхности. Результаты моделирования на ЭВМ подтверждают теоретические оценки.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах.-

1. Филиппов C.D., .Чернова И.Л. Анализ корреляционных-функция некоторых троичных последовательностей, построенных на основе дополтггелъных кодов. Сб. Вопросы синто'за и обра- ботки сигналов, в информационных системах, Новгород, Шй, 1963.

2. Быстров iî. Е.. Чернова И.Л. Оценка параметров адаптиз-ных формируемых бинарных последовательностей по требуемому

расположении нулевых боковых лапостхов периодической автокорреляционной функции. В сб. Повышение эффективности радиотехнических систем.• Новгород, НПИ, 1984.

z. Чернова И.Л. Некоторые свойства блочной структуры троичных последовательностей оптимальных по минимальному критерию. В сб. Вычислительные устройства для формирования и обработки случайных и псевдослучайных сигналов. Минвуз. Сб.Л: ЛЭТЙ, 1985.

4. Гзптаахор В.Е. Чернова И.Л. Троичные последовательности. поиогк>1ггаосписобныо с последовательностями Бартера.

-б. Проектирование радиоэлектронных систием, Новгород, НПИ,

1987,.'

•O.A. С. 14 22 372 СССР. МКИ Н 03 К 3/84, Генератор ;юовдослучайной последовательности /Гантмахер В.Е. Чернова И. Л.-4163108/24-21; ЗаЯЗЛОНО 25.12.86; ОцуйЛИКОВаНО

07.09.88,БюЛ.К 33. . : '

б.Гантмахер В.Е. Чррнйва И. Л. Троичные импульсные поело-' довательноети. -Депонированная рукопись, ~Ипформсвязь~, n 1515-СЗ. J989. " '

" .Ганткэхер Б. Е. Чернова И.Л. Трсичше импульсные п~сле-• довательпости./Радиотехника.Чэао.ы 1. м 1515-св, :98Э. с

в. A.C. .1439445 • СССР, им а оз к 3/84, Гензратср импульсных последовательностей /Гантмахер В.Е., Кутузов ,В_М., Чеботарев Д.М., Чернова 1 Л.Л.- 433883/24-21 ; Заявлено 23.02.88Опубликовано 07.08.89. БЮЛ. Н 29;

9. Гантмэхор З.Е.. Чернова И. Л. Слоянъ» дис;фетио-кодаровашгые сигна ш с пониженны» уровЕОм БЛ ТН в окрзстности . главного пика. Тезисы доклада на сехинарэ "Вторичные рэдаогоканисящ» системы УВД - и системы првяуприздрния сто.иг:;Н1!й., Новгород, НИИ. 1989.

ю: ГзБТИЭхер В.Е. .Чернова И.Л. Доклад "Отгжаяькые и локг.тьно-олтпмзльпуа троичные импульсные последовзтб^ьности" ка всесоюзной коЕфорзпция "Современные проблемы рздиоэлоктронког. г.Москва, 1ЭЙ8. ;

п. Чернова И.Л. Оцвкка,сродаеявадрэгичоск'.'й погрегшоста вычислен*« фупкши чеопрэяплоЕНоеги и потер:-, n \ (Г"к.',к?лий екгнзл/зум при сегментной обработке сигналов. В ».Запросу синтеза и обработки сигналов е икфорчацкеннут с^птемчл, Новгород, 137Л, 193 с. j

12. A.C. 1622Я23 СССР, МКИ Н 03 К 3/84, W.P-DЭТСр

i. ' ■

импульсных-последовательностей /Гантмахер В.Е., Кутумея З.М.. Чеботарев Д.В., Чэрмоад - <сс5550/21; Оаявлэкс гг-лг.гъ-. ОДубЛИКОВЗВО 23.01.91. ПЯЛ.)." 3 ' -

13. Кирьянов Б.О.. Чернова И.Л. Мзтйуап'чесхмз «Ддрли я. алгоритмы . устансзхи порогу А ртют&питяаа десгризх с

ко ррз ля! у. о л и о ?. обработкой, рзботзнщне з - условиях па^еивгпд помех.3 ci.Яггектггосксе «оззэй^хюгта к цкЧиагя «Граб.тли кзобрздагоз. пзагород. НИ/ ¡322.

Н. Быггрсз Н.Е -, Чарльз Ii.Я. Сгггякз ггт-тжиагьисдаст;«-

жилого уровня среднеквадратического бокового лепестка 'тела неопредзленнрсти для РТС с квззинепрерывным режимом работы и временной режекциея мощных мешающих отражении от • подстилающей поверхноста.В сб.Математическое моделирование и цифровая обработка изображений. Новгород, НИИ (в печати).

15.-Быстрое Н.Е. .Чернова И.Л. Моделирование многоканальной РТС.с квазинопрерызным режимом работы и временной режекциея мощных мешающих отражения от подстилающей поверхности. В сб.Математическое моделирование и цифровая' обработка изображения. Новгород, НПИ (в печати).