автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Повышение помехозащищенности радиолокационных систем коротковолнового диапазона от преднамеренных нестационарных активных помех

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р, В од

- -V ДПР на правах рукописи

МАЛЯВИН ИГОРЬ ПАВЛОВИЧ

УДК 621.396.96: 621.391.26

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ КОРОТКОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА ОТ НЕПРЕДНАМЕРЕННЫХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ АКТИВНЫХ ПОМЕХ

05.12.13 - Устройства радиотехники и средств связи 05.12.04- - Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса - 1994

Работа выполнена в Специальном проектно-конотрукторснтевро "Дискрет" Одесского государственного политехнического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук; • профессор Абрамович Юрий Иосифович.

Официальные оппоненты: ~ доктор технических наук, зав. кафедрой радиотехнически! систем политехнического университета Баранов Порфирий Ефимович;

- кандидат технических паук, нач. сектора СКВ "Молния" Цыганов Олег Васильевич.

•■

Ведущая организация - Украинский радиотехнический. .шстятуг'. (г. Николаев).

Защита диссертации состоится 14 апреля ... 1994 г. ( на заседании специализированного совета Д 068.19.01 в Одесском государственном политехническом университете по адресу: 270044, г. Одесса, пр. Шевченко, 1« конференцзал ДК ОПУ, в 14.00

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Авторэфврат разослан _//^//а 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного сове Д 068.19.01

ОБЩАЯ ХАРАИтСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работа 'различных радиотехнических средств ко- ' ротковолнового (КВ) диапазона (3...30 МГц) регламентирована Международными соглашениями, определяющими их частоты-излучения. В связи . с этим функционирование загоризонтных радиолокационных систем (ЗГ РЛС) возможно в ограниченных частотных поддиапазонах, которые, как . правило, заполнены другими пользователями (сродства связи, любительские радиостанции и т.п.), осложняющими работу РЛС как непреднамеренные активные помехи (АП). Для обеспечения наилучших условий работы необходимо в качестве рабочего использовать частотный канал с оптимальными характеристиками распространения сигнала на трассе возвратно-наклонного' зондирования (БНЗ) "ЗГ РЛС - контролируемый сектор дальности". Если такой частотный канал занят другим пользователем, то для компенсации этой АП целесообразно применение адаптивных методов пространственной фильтрации, т.к. большинство рассматриваемых АП широкополосны и непрерывны во времени.

Однако в литературе отсутствуют достоверные данные о возможностях практического использования методов адаптивной пространственной компенсации АП, существенно нестационарных в КВ диапазоне, об за влиянии на последующую временную обработку смеси полезных сигналов и мощных пассивных помех (ПП), создаваемых подстилающей поверхностью.

Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимость« детального исследования эффективности адаптивной пространственной компенсации реальных непреднамеренных АП с целью существенного повышения эффективности создаваемых ЗГ РЛС.

Цель работы. Разработка и исследование эффективности адаптивных алгоритмов и устройств пространственной компенсации реальных непреднамеренных АП с учетом их существенной нестационарности, а тгкже исследование эффективности совместной пространственной и временной обработок сигналов на фоне нестационарных АП в современных 5Г РЛС.

Задачи исследований: ' .

1. Провести экспериментальный анализ эффективности известных методов адаптивной пространственной обработки при компенсации реальных АП КВ диапазона, на основании которого вскрыть противоречие, возникающее при их использовании в ЗГ РЛС.

2. Уточнить математические модели пространственно-временных характеристик (ПВХ)АП и ПП, адекватные экспериментальным данным.

3. На основании уточненных моделей ПВХ АП и ПП, и экспериментальных результатов разработать новые алгоритмы адаптивной пространст-

венной фильтрации,'.-ливвннив вскрытых недостатков известных методов. •

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались теория вероятности и математическая статиста:«, теория матриц, моделирование на ЭВМ. И непосредственное экспериментальное исследование эффективности известных и разработанных алгоритмов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: 1,. Доказана пространственная (азимутальная) нестационарность боль-щротва («90 %) сигналов АЛ, приходящих по ионосферному каналу распространения, на интервалах наблюдения, соизмеримых с временем когерентной временной обработки полезных сигналов и ЕП; определен интервал пространственной стационарности таких помех» в течение которого гарантируется заданная вЭДоктивнооть компенсации.

2. На основании полученных экспериментальных результатов выявлено противоречие, возникающее при использовании известных методов адаптивной пространственной обработки при компенсации реальных сигналов Ali KB диапазона, суть которого состоит в том, что применение на всем интервале временной обработки ПИ и полезных сигналов 'единственного пространственного фильтра о предварительны}.) обучением, гарантирующего сохранение спектральных характеристик ГО1,.не позволяет в подавляющем, большинстве случеоа (« 90 %) максимизировать отношение "сигнал/активная помеха+шум" (с/ап+ш), а адаптивная перенастройка прост-ранствешюго фильтра в каждом периоде повторения, гарантирующая максимальный выигрыш в отношении "с/оп+ш", декоррелирует ПП, что делает невозможным обнаружение слабого полезного сигнала.

3. На основании полученных экспериментальных результатов разработан алгоритм пространственной компенсации нестационарных помех, названный "интегральным", учитывающий флюктуации АП во всех периодах повторения и гарантирующий сохранение спектральных характеристик ПЛ.

4. На основании предложенных моделей ПВХ ПП, состоятельность которых обоснована представленными результатами обработки реальных сигналов ПП, разработан метод нестационарной пространственной фильтрации, максимизирующий отношение "с/ап+ш" в текущем периоде повторения при дополнительных стохастических ограничениях, используемых для стабилизации авторегрессионной (АвР) модели ПП.

5. Разработан метод нестационарной пространственной фильтрации со стабилизацией доплоровского спектра ПП, обеспечивающий эффективность "интегральной" адаптивной пространственной обработки на коротких интервалах времени (несколько сек), при сохранении уровня боковых лепестков доплеровсксго спектра ПП на длительных интервалах когерент-

ой временной обработки (десятки сек).

Практическая цмшость результатов диссертационной работы состоит в том, чтЬ разработаны рабочие адаптивные алгоритмы м структуры устройств пространственной компенсации нестационарных (на интервале когерентной временной обработки) АП, внедренные и принятые к внедрению Заказчиком для действующей и проектируемых ЗГ РЛС.

Внедрение результатов работы проводилось в рамках НИР, ОКР и экспериментальных работ, выполненных в 1986-1992 г.г. в СПКБ "Дискрет" Одесского политехнического института по заказам предприятия НИВДАР в интересах Изделий Ш-120М, 29-Бб, 5П-21:

1. Разработан, испытан и введен в состав Изделия П1-12СМ алгоритм компенсации непреднамеренных АП (КНАП), реализующий "интегральный" метод. Экспериментально подтвервдена расчетная эффективность компенсации нестационарных АП в рекомендованных частотных каналах, составляющая в заданном диапазона 11-22 МГц величину 6-8 дБ. Решение о включении блока КНАП в состав Изделия и протокол государственных испытаний подписаны Главным конструктором Изделия.

2. Разработаны и Припяти Заказчиком адаптивные алгоритмы пространственной обработки по теме 29Б-6 - "интегральный" метод, и по теме 6П-21 - алгоритм о дополнительными линейными ограничениями со стабилизацией доплеровского спектра пассивной помехи.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференциях и семинарах: "Координационный семинар по вопросам адаптивной обработки сигналов", Одесса, 198? г.; "Теория и техника пространственно-временной обработки сигналов", Свердловск. 1989 г.; "Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей", Черкассы, 1991 г.; "Методы обработки многомерных сигналов в измерительных системах", Одесса (ОПИ), 1991 г.; "Проблемы повышения эффективности вооружения и военной техники Войск ПВО и способов их боевого применения", Одосса, 1901 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы работы (1-7].

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, аа ключмш и списка литературы из 173 наименований. Содержит 227 страниц, включая 144 страницы основного токста, 18 страниц таблиц, Зя страшщ графиков и 18 страниц списка литературы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа эффективности известных методоь адаптивной рт ^нственлой обработки при компенсации реальных ¡¡г-'-- ^гпч

б

меренных АД КВ диапазона и результаты исследований ПВХ этих помех.

2. Алгоритмы компенсации нестационарных АП КВ диапазона:

- "интегральный", учитывающий флюктуации АП во всех периодах повторения (Тп) и сохранявший спектральные характеристики ПП;

- со стабилизацией ПВХ ПП, максимизирующий отношение "с/ап+ш" в текущем Тп при высоком качестве стабилизации спектра флюктуаций ПП;

- со стабилизацией доплеровского спектра ПП. обеспечивающий эффективность "интегральной" адаптивной пространственной обработки па коротких интервалах времени (несколько сек), при сохранении спектра ПП на длительных интервалах временной обработки (десятки сек).

С0ДЕР2ЛШТК РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулиро- / вшш цель и основные положения диссертации.

В первом разделе проведен обзор литературных источников, из которого следует, что в.известных публикациях отсутствуют сведения об использовании извэстннх методов пространственной компенсации реальных АП КВ диапазона,*а также о влияний- этих методов на последующую временную обработку смеси полезных сигналов и пассивных помах, создаваемых подстилающей поверхностью. На основании проведенного обзора сформулированы цель и основные задачи исследований.

Во втором разделе рассмотрены модели ПЕХ АП и ПП.

1. Одной из основных особенностей ЗГ РЛС является то, что в качестве приемной антенной системы используются крупноапертурнне (сотни - тысячи метров) фазированные антенные решетки (ФАР), обеспечивающие высокое азимутальное разрешение. Наличие таких ФАР позволяет применять методы адаптивной пространственной компенсации АП, основанные на оценивании пространственных корреляционных матриц (ПКМ) источников помех. Необходимость проведения экспериментальных исследований обусловлена отсутствием в литературе данных о характеристиках ПКМ помеховых источников в раскрыве приемных ФАР.

В результате проведенных экспериментов установлено (п.2.1), что в большинстве случаев (« 90 %) ранг ПКМ (г Аап), сформированной при воздействии на приемную ФАР сигнала единственного источника АП, приходящего по ионосферному каналу распространения, выше ранга ПКМ, сформированной при воздействии тестового сигнала, распространяющегося поверхностной волной (г Йт), что, щи отсутствии достаточного количества отепеней свободы компенсирующего фильтра, приводит к снижению эффективности пространственной компенсации таких АП.

2. В качестве ПП рассмотрены отражения излучаемого сигнала от

морской поверхности как более общий случай отражения от подстилающей поверхности, характеризующиеся высокой межпериодной корреляцией.

В литературе приведены типичные доплеровские спектры сигналов, отраженных от морской поверхности, всегда содержащие два ярко выраженных пика, симметричных относительно нулевой частоты - т.н. лики "первого порядка". На основании известных из литературы данных, представленных результатов математического моделирования и вкспери-менталышх 'исследований сигналов реальных ПП, в п. 2.2 сделан вывод о том, что в большинстве случаев для задач' адаптивной пространственной компенсации нестационарных АП с последующим обнаружением полезных сигналов, отраженных от низщжоростннх целей, на фоне мощных ПЛ. сигнал самой ПП можно аппроксимировать во временной области процессом авторэгрессии (АвР) второго порядка, а в пространственной -АвР-процессом первого порядка.

В третьем разделе: 1.Предложен алгоритм оценки стационарности АП, основанный на анализе соотношения выборочных значений мощности АП на непересекающихся временных интервалах; найдены статистические характеристики сформулированного критерия задачи проверки гипотез и оценки вероятности правильной классификации стационарных помех.

В системах, использующих для подавления нестационарных ЛП методы адаптивной фильтрации, возникает задача определения момента разладки, отстоящего от периода обучения на некоторый интервал, через который адаптивный фильтр уже не обеспечивает исходную эффективность. Б диссертации рассмотрен тест проверки текущего коэффициента подавления помехи )) фильтром Я, сформированным на^интервале обучения:

Й^Й «Б -Й-*.? И*»Й «Я (Й,. Йа - оценки ПКМ АП

- п = зГИ'ТР^ = Й'.Й «Я * ^ Т* на интервалах Т, и Та)

121 2 г

РЫТ1 Б, б - фазор ПС,» - комплексное сопряжение и транспонирование.

В отличие от известных тестов о принадлежности выборочных 'ПКМ и семейству о неизменной матрицей И4, предлагаемый тест выделяет только существенные для изменения отношения "сигнал/помеха" деформации ПКМ. Сопоставление алгоритма с одшал из известных методов, основанным на анализе максимального собственного числа матрицы 8;"»*,*;"? показало высокую эффективность предлагаемого метода.

2. Представлены результаты исследований эффективности обработки реальных АП КВ диапазона при использовании алгоритма, минимизирующего мощность действующих помех на выходе защищаемого канала.

Исследования, проводившиеся на аппаратно-программном комплексе (АПК) - количество приемных каналов N«12, »фиктивность проетранот

в

веяной компенсации широкополосных тестовых сигналов 30 дБ (п.3.2) -ставили перед собой задачи: 1) выявление особенностей и определение эффективности пространственной компенсации АП, источниками которых на трассах ионосферного распространения служили сигналы вещательных и реперных станций; 2) определение интервала пространственной стационарности таких АП, в течение которого гарантируется определенная эффективность подавления етой помехи уже сформированным фильтром.

На основании проведенных экспериментальных исследований (п.3.3) , установлено, что в большинстве случаев в спектре собственных чисел (ССЧ) ПКМ АП, сигналы которых приходят по ионосферному капану распространения, появляются дополнительные собственные числа. В качестве типичного примера в таблице приведены ССЧ Х{ (нормирование к старшему ) ПКМ, сформированных при действии на ФАР АПК широкополосного тестового сигнала, приходящего поверхностной волной (верхняя строка) и сигнала вещательной радиостанции, расположенной на • удалении •< 3500 км (нижняя). Если для тестового сигнала отношение Х2Х(= -15 дБ, (что хуже установленного потенциала из-за неидентичности частотах характеристик приемных каналов), то для сигнала вещательной станции это отношение составило всего "-7 дБ".

Х{ , дБ 2 3 4 5 б 7 8 9

Тестовый -15. -19. -22. -26. -28. -30. -30. -30.

Вещательный -7. -11. -14. -19. -23. -26. -28. -30.

Методика исследований при решении второй задачи состояла в следующем . С использованием записанных в начальный момент времени выборок АП производилась адаптивная настройка пространственного фильтра, который затем применялся к реализации помехи от того же источника в момент времени, отстоящий от начального на зазвяный интервал.

Установлено, что для большинства (*> 90 %) АЛ, сигналы которых приходят па приемную АР по ионосферному каналу, время стационарности, гарантирующее их компенсации на уровне 20-23 дБ, но превышает 100 мсек, что по сути, для данного класса РЛС означает необходимость перенастройки пространственного фильтра в каждом периоде повторения.

3. Представлены результаты экспериментальных исследований эффективности совместной пространственной и временной обработок сигналов на фоне нестационарных АП. '*

Установлено (п.3.4), что в большинстве случаев адаптивная перенастройка пространственного фильтра в каждом периоде повторения с . одной стороны максимизирует отношение "с/еп+ш", а с другой - декор-

релирует ПЛ. На рис.1 приведены типичные результаты временной обработки (доплеровскнй спектр) реальной ПП в 20 периодах повторения на интервале 10 сек - типичный временной интервал когерентного накопления полезных сигналов и ПП в ЗГ РЛС - при перенастройке адептив-ного фильтра в каждом из них в соответствии с изменениями углового спектра АН, создаваемой вещательнЬй станцией (удаление 3500 км), при этом в выборке, содержащей пассивную помеху, активная помяха отсутствовала (кривая 1). Кривая 2 - исходный неискаженный догаюровский спектр ГОТ. Спектры рассчитаны методом взвешенного (весовая Функция "-40 дБ") дискретного преобразования Фурье (ВДПФ).

- 1. О Р, Гц 1.

-45 ««Л.

с т, дБ

Рис. 1

Из результатов исследований пространственно-корреляционных характеристик (ПКХ) реальных ГШ (п.3.4) следует, что при характерном широком пространственном спектре ПП в канале обнаружения формируется не только главным "стабилизированным" пиком, но и боковыми лепестками диаграммы направленности (ДН) ФАР в достаточно- широком угловом секторе. При этом флюктуации ДН, вызванные перенастройкой пространственного фильтра в соответствии с текущими изменениями амплитудно-фазового распределения (АФР) АП, немедленно ухудшают коррелировян-ность ПП в соседних периодах повторения (Тп).

4. На основании анализа результатов экспериментальных исследований характеристик стационарности АП, в п.3.4 предложен метод и устройство решения задачи совместной пространственной и временной обработок, в котором единственный на весь интервал когерентного накопления (Т^ ) пространственный Фильтр формируется по результирующей, накопленной за весь Т„

взятых из каждого Т,

п'

кн, ПКМ АП, построенной по выборкам последней.

вп

где Ю/=Т«У (V - объем обучения), Х{й - 11-мерный вектор (-ой выборки АП в й-ом Тп, количество которых Т.

Затем через такой фильтр, названный "интегральным", пропускаются хранящиеся в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) выборки смеси АП, ГШ и полезного сигнале. Дальнейшая обработка производится в соответствии со штатными алгоритмами обнаружения полезного сигнала на фоне ПЛ. Хотя в этом случае наблюдаются некоторые потери О 5-6 дБ) по сравнению с обработкой в каждом Тп , такой метод гарантирует сохранение спектральных характеристик ПЛ. и требует меньших вычислительных затрат (нахождение единственной обратной ПКМ АП для всего Т1(Н). Однако полученные качественные выигрыши (по сравнению с обработкой в каждом Тц) за счет предлагаемого метода настройки возможны лишь тогда, когда количество-степеней свободы настраиваемого фильтра превышает, ранг результирующей ПКМ АП, накопленной-за весь Тиг

5. В п. 3.5 представлены результаты экспериментальных работ по . оценке ПВХ реальных сигналов непреднамеренных АП и их диагностике. Решались следующие задачи: 1) оценка уровня непреднамеренных АП в 'заданных участках КВ диапазона (9-11,14-16,18-21 МГц) и динамики его изменения в сеаонно-суточных циклах; 2) оценка и анализ динамики изменения ПВХ АП на интервале времени '0 сек, созмеримом с типичными ■ интервалам когерентной обработки сигналов в ЗГ РЛС. Оценивалась эффективность обработки (коэффициент подавления АП ц) следующих адаптивных пространственных фильтров (VI): с предварительным обучением при компенсации АП на интервале настройки фильтра (в дальнейшем -??мгн, г)мгн); с предварительным обучением при компенсации результирующей ПКМ АП, накопленной за весь период временной обработки в соответствии с (1) - г)Е; "интегрального" фильтра, сформированного по результирующей ПКМ АП, при ее же компенсации - Т/инт,. 1т1т-

В результате проведенных экспериментов множество анализируемых помеховых каналов можно условно классифицировать следующим образом:

- капали, непригодные для пространственной обработки: эффективность внутрипериодной адаптивной обработки т»мгн крайне низкая (1-2 дБ). Относительное количество таких частотных каналов составило « 10 %;

- каналы; в которых значение г)мгн - высокое, п^ - низкое, а г)ин,г незначительно (5-6 дБ) уотупает пмга. В таких каналах, относительное число которых - 35%, эффективно использование "интегральных", в соответствии с <1), методов оценки ПКМ АП в стробах обучения, принадлежащих всему Тэд,'

- каналы, в которых наряду о высоким значением г)мгн достаточно вы-

оокив коэффициенты и г)шт. Такие каналы, характеризующиеся стационарностью пространственных характеристик АП на интервале Т^, пригодны для использования совместно со "стационарными" (с йредва-рительным обучением) методами адаптивной пространственной фильтрации. относительное число таких частотных каналов составило «ЮЖ.

- каналы, в которых подавление АП'фильтром Имгн оказывается достаточно эффективным, но подавление фильтрами и »шт мало. Такие каналы можно использовать в ЗГ РЛС, если реализовать в составе ее средств методы быстрой (внутрипериодной) адаптивной пространственной обработки, обеспечивающие сохранение исходного доплеровского спектра ПП и полезных сигналов. Относительное число таких каналов - «45 % .

Из полученных результатов следует, что практически во всем анализируемом диапазоне частот (9-21 МГц), в любое время суток существуют частотные каналы, относительное число которых достаточно велико (45 %), в которых внутрипериодная обработка (фильтр ®мгн) реализует более высокую эффективность по сравнению с "интегральной" Сщ^,). Тем самым доказана необходимость разработки новых адаптивных алгоритмов, лишенных вскрытых недостатков.известных методов. Следующие разделы диссертационной работы й посвящены решению указанной задачи.

В четвертом разделе разработан метод пространственной фильтрации нестационарных на интервале Тга АП, максимизирукщий отношение "с/ап+ш" в текущем Тп, и обеспечивающий стабилизацию АвР-характерис-тик пространственно распределенных Ш за счет дополнительных стохастических линейных ограничений, налагаемых на вектор пространственного фильтра, число которых определяется порядком АвР-модели ПП.

1. Проведен анализ потенциальной эффективности стабилизированной нестационарной пространственной фильтрации. Для П-мерного вектора

- комплексной огибающей сигнала ПП на выходе ФАР - используется выбранная в п.2.2 АвР-модель - £ ?кг (2),

где Аг - [Н*Н1 матрицы - решения многомерного аналога уравнения Юла-Уолкера, случайный вектор ошибок предсказания.

Рассмотрен широко распространенный на практике случай, когда вид ДН ФАР влияет только на мощность принимаемых сигналов ПП, оставляя практически неизменным вид доплеровского спектра. Таким свойством обладают рассматриваемые ПП, спектр межпериодной флюктуации которых в каждом элементе разрешения не зависит от угловой координаты. Получающиеся в этом случае диагональными матрицы А{ заменены скалярами Ъ{ (п.4.1). Показано, что'если для произвольного вектора простран-

отвенного фильтра осуществляющего компенсацию АП в t-ом периоде повторения, выполнены те же условия, что и для некоторого стационарного фильтра WQ: H*t>Xt tm w*.xt>>t«zt_t ,1 ■ 1, к, (3); то для указанного фильтра Wt выходная ПП статистически не отличима от ПП

на выходе стационарного фильтра I и описывается АвР-уравнением,

к »

оовпадащим о исходным zta - £ t>t»Bfi+ et.. et«Wt«?Ri. (4). Для

полезного сигнала о ожидаемым вектором SQ АФР на входе фильтра стационарность обеспечивается линейным ограничением: i£»So« W*«SQ.

Решение задачи имеет вид R^ttJiTf^lTj'R^itJ'Tjl'^Zj, (Б)

где Tte[S0,Xi_1,..,Xt_1{), Ztsrw*«SQ( et_|(..iit 1 причем последовательность величин et. в силу независимости векторов и 5t+t представляет собой белый шум с переменной дисперсией "^"^np'i^o* Rjjp - положительно определенная.ПКМ ПП, Ran(t) - ПКМ АП в t-ом Тпг P<TEiW *вр~ временная корреляционная матрица фдюктуаций ПП. В практически важных ситуациях, когда ПКМ ПП хорошо обусловлена и нестационарность вектора 1£ определяется лишь деформацией во времени ПКМ АП, вариации мощности ошибок предсказания ПП (о") невелики.

Результаты математического моделирования (п.4.2) свидетельствуют о высокой потенциальной эффективности предложенного метода - потери в эффективности компенсации АП по сравнению с оптимальной обработкой в каждом периоде в типичных случаях не превышают 1 дБ, при атом потери в эффективности временной обработки ПП не превышают 1-2 дБ.

2. Проведен анализ вффективности адаптивного алгоритма компенсации нестационарных АП со стабилизацией АвР-характерястик ПП, основанного на априорном пространственно-временном различии АП и ПП.

Непосредственно использовать фильтр (5) невозможно в силу того, ".то при комбинированном воздействии помех предполагается одновременное присутствие как АП, так и ПП в исследуемых элементах разрешения.

В п.4.3 для модели классифицированной обучающей выборки, когда, ПП. на фоне которой необходимо обнаружить полезный сигнвл, локали-уоаина в пространстве и занимает ограниченную часть Тп, при этом в Tfl можно указать интервал обучения, в котором присутствует лишь сигнал АП, а полезный сигнал и сигнал ПП отоутствуют, и пренебрегая дрнйфом источников АП в пределах одного 1 , предложены стохастические линейные ограничения, налагаемые на изменяющийся во времени вектор пространственного фильтра Wj(t). определяемый для произвольного

t-oro Тц из условия min | !}():)•[ £ RaI((t-l)j• )j , при огра-

ниченнях: *}(Г).50»1, ■

где К«2, анализируемые Н-мерные выборки смеси АП, ПП и, возможно, полезного сигнала в /-м элементе разрешения 1-го Тп.

Решение, получаемое аналогично (5). требует обращения в каждом Тп новой "скользящей" по текущим трем (К+1) периодам выборочной ПКМ АП и формирования в каждом элементе анализируемого разрешения ] "своего" пространственного фильтра. Результаты экспериментальных исследований (п.4.4) показали шсокув эффективность компенсации реальных АП при хорошем качестве стабилизации спектра флюктуаций ПП.

В пятом разделе для проектируемого Изделия предложен алгоритм и устройство нестационарной пространственной фильтрации, обеспечивающий эфГективность "интегральной" (в соответствии с (1) обработки на интервалах времени 6-10 сек, при сохранении уровня боковых лепестков спектра ПП на длительном интервале когерентного накопления (1^= 60 сек) и приемлемых вычислительных и аппаратурных затратах, 3 соответствии с полученными экспериментальными результатами, наибольшей эффективностью пространственной обработки нестационаршх АП обладает адаптивный алгоритм со стабилизацией АвР-характернстпк ПП (раздел 4). Однако его использование в Изделии сопряжено с чрез- ■ мерными затрата?,м, обусловленными вычислением в каждом Тп на интервале Т^ пространственного фильтра для каждого контролируемого канала дальности. С другой стороны, интервал 60 сек снижает эффективность "интегрального" единственного на весь Т^ адаптивного пространственного фильтра до эффективности обработки с предварительным обучением. Предложен новый алгоритм, являющийся компромиссным с точки зрения как его потенциальной эффективности, так требованиям, предъявляемым к аппаратурным (вычислительным (ВС) средствам.

Весь Тдц разбивается на одинаковые (т.н. элементарные) стробы длительностью гс, определяемой рабочим поддиапазоном частот тракта обнаружения. В пределах каждого строба формируется свой матричный пространственный фильтр индивидуально для каждого контролируемого канала дальности, по обучающим выборкам, содержащим сигналы только АП. Решается задача поиска такого К-мерного вектора пространственного фильтра который для каждого 1-го элементарного строев пространственной обработки обеспечивал в 1-м угловом направлении и й-м канале дальности шах q =11а/<{*иг'Кап{'• "Ри

ш* Г1к ' 81 ■ в иЛк . 8,

1*1 к - г<~> • • Гда

1в№ Ч-Л' " 1-1*Ьг Ч-1г к " и^гкэ

д - отношение с/ап+ш; (N»N3 ПКМ АП для {-го строба простран-

ственной обработки; - фазор 1-го луча приемной ДН; -

пространственные векторы отсчетов доплеровского спектра в й-м канале дальности, соответствующие частотам отрицательной и положительной составляющих "первого порядка" доплеровского спектра флюктуаций Ш (п.2.2), рассчитанным по выборкам (1-1)-го строба обработка.

Реоетае указанной задачи следует в виде (п.5.1):

1*иг х&гЧ-Аь'ЬА* 1-,с1Й ] Ч-ЛЙ • гда "

15г, г^*1] - ИвЗ-мерная матрица ограничений;

Лй" 1-111йз1 3-мерный вектор ограничений.

В п.5.2 определена минимальная длительность элементарного строба обработки: г £ 0,102»(Ур)о,в] , (?р- рабочая частота в ИГЦ).

В п.5.3 приведена структурная схема устройства." реализующего предлагаемый адаптивный алгоритм. •

Основные особенности, отличающие предлагаемый метод от. исходного (раздел 4) состоят в подходе к формулировке ограничений при решении аадачи поиска вектора адаптивного пространственного фильтра. Вместо ' требования идентичности реакции предыдущего и последующего фильтров на одни и те же №-мерные пространственные выборки ПП во всем диапазоне допл&ровских частот, указанные ограничения фиксируют значение отклика лишь двух частотных составляющих доплеровского спектра сиг-: налов на выходе адаптивного фильтра. Представленные в п.5.4 результата математического моделирования и экспериментальных исследований подтверждают справедливость предложенного подхода и свидетельствуют о высокой эффективности компенсации реальных АП предлагаемым алгоритмом при хорошем качеотве стабилизации спектра флюктуаций ПП.

В п.5.5 приведены расчеты требуемой разрядности вычислений и определены требования к производительности средств, рвализуицих алгоритм: 20 илн. опер./сек (Юлоп) при объема ОЗУ 2,4 МБ. Применение же алгоритма, предложенного в разделе 4, требует для его реализации в проектируемом Изделии высокой производительности ВС - 400 Мшп.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ В ОБОД

1. Доказана азимутальная нестационариость большинства (« 90 X) сиг-

lü

налов АП, приходящих по ионосферному каналу распространения, на интервалах наблюдения, соизмеримых с временем когерентной временной обработки сигналов в ЗГ РЛС. Для таких пространственно нестационарных АП определен интервал - 100 мсек - в течение которого гарантируется их средняя компенсация на уровне - 20-23 дБ, что по сути определяет необходимую частоту перенастройки пространственного фильтра.

2. Вскрыто противоречие, возникающее при использовании известных методов адаптивной пространственной обработки при компенсации реальных сигналов АП КВ диапазона, состоящее в том, что применение на типичном для ЗГ РЛС интервале когерентной обработки полезных сигналов и ПП (10 сек) единственного пространственного фильтра с предварительным обучением не позволяет в большинстве случаев (« 90%) максимизировать отношение "с/ап+и", в адаптивная перенастройка пространственного фильтра в каадом периоде повторения (через 100 мсек)! гарантирующая максимальный выигрыш в отношении "с/ап+и", декоррелирует ПП, что делает практически невозможным обнаружение полезного сигнала.

3. Предложен "интегральный" метод решения задачи совместной прост-странственной и временной обработок, использование которого на типичных временных интервалах когерентной обработки позволяет в значительном количестве случаев (* 35 %) удовлетворительно компенсировать нестационарную АП - средние выигрыши составляют 12-15 дБ, сред-зие потери по сравнению с обработкой.в каадом Тп на превышают 6 дБ. i. На основании предложенного алгоритма оценки стационарности АП в зистемах адаптивной фильтрации проведены экспериментальные работы по женке ПВХ сигналов АП КВ диапазона и их диагностике. Полученные результаты позволяют рекомендовать использование такой диагностики в ¡истомах, обладающих средствами адаптивной пространственной обработки. 5. Разработан алгоритм стабилизации спектральных характеристик про-яранственно распределенной ПП. АвР-модель которой выбрана в разде-

ie 2, при пространственной фильтрации АП, нестационарных на интер-¡алб когерентного накопления. Стабилизация достигается за счет до-голнителышх стохастических линейных ограничений, налагаемых на век-'ор пространственного фильтра, число которых определяется порядком ьР-модели ПП. Показано, что если размерность настраиваемого прост-шственного Фильтра существенно превосходит порядок АвР-модели ПП, фиктивность адаптивной пространственной компенсации неставдонар-ой АП лишь незначительно («<1-2 дБ) уступает потенциальной. . Для проектируемого Изделия предложен алгоритм нестационарной про-транственной фильтрации, обеспечивающий вффектиглсть "¡штор-

ральной" адаптивной пространственной обработки на интервалах време-мени 5-10 сек при сохранении уровня боковых лепестков спектра ПП на всем интервале когерентного накопления (1^= 60 сек) и приемлемых вычислительных (аппаратурных) затратах.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Абрамович Ю.И., Михайлюков В.Н., Малявин И.П. Проверка стационарности -помех в системах адаптивной фильтрации.// Радиотехника и электроника, 1991, Т.36, N 5, О. 909-919.

2. Абрамович D.H., Михайлюков В.Н., Малявин И.П. Стабилизация авторегрессионных характеристик, пространственно распределенных пассивных помех при нестационарной пространственной фильтрации.// Радиотехника и электроника, 1991, т.36, N 3,с. 490-500.

3. Абрамович Ю.И., Данилов В.Г., Малявин И.П. Исследование эффективности оптимизации коммутационных антенных решеток в изменяющихся помеховых условиях.//Деп. в НИИЭИР, РТ N18, 1987, ВИМИ, N 3-8086.

4. Малявин И.П., Михайлюков в.Н. Эффективность адаптивной обработки в антенных решетках при неравноточных измерениях в каналах приема./ Деп. в НИИЭИР, РТ N10, 1989, ВИМИ, N 3-8676.

5. Абрамович Ю.И., Михайлюков В.Н., Малявин И.П. Стабилизация спектра ПП при пространственной фильтрации нестационарных АП./Тез.докл. II Всесоюзная научно-техн. конференция "Теория и техника пространственно-временной обработки сигналов", Свердловск, 1989 г., о. 8.

6. Абрамович Ю.И., Михайлюков В.Н., Малявин И.П. Стабилизация авторегрессионных характеристик ПП при пространственной компенсации нестационарных АП.Тез.докл./Республ. школа-семинар "Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей",Черкассы,1991 г.,с.25.

7. Малявин И.П. Метод стабилизации спектра ПП при нестационарной пространственной компенсации.Тез. докл.// 7гой наутао-техн. семинар "Проблемы повышения эффективности вооружения и воаллой техники Войон ПВО и способов их боевого применения", Одесса, 1991 г., с.34.

Соискатель

ОМ /со 2