автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Выбор и пути реализации сложных сигналов с большой базой для судовых импульсно-доплеровских РЛС

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ иивни адыкрзла С.О.Макарова

На правах рукописи УД£ 621.396.96

Соколов Валерий Витальевич

ВЫБОР И ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛ® С ВОЛЬШСЙ БАЗОЙ ДЛЯ СУДОВЫХ 1ШПУЛЮНО-Д01ШЕРОВОШХ РЛС

Специальность 05.12.04 Радиолокация и радионавигация

АВТ-0 РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степа ни кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской

Революции морской академии кмани адмирала С. 0. Макаров г

Научный руководитель - лауреат Государственной праш

СССР, кандидат технических нг профессор БОРОДИН Н.К.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ничипоренхо Н.Т. - кандидат техничзских наук, старший научный сотрудник Михайлуца К.Т.

Ведущая организация - НИИ "РАДАР" при НПО "РАВЕНСТВО"

Защита состоимся "О/" 1993 г. в часов

заседании Специализированного совета К 101.02.04 Государст кой ордена Октябрьской Революции морской академии имени ад рала С.0.Макарова но адресу: 199026, С.-Петербург, Косая л ния, дом 15-а.

С диссертацией мошо ознакомиться в библиотеке ГМА.

Автореферат разослан ЗАЬ&й^-З*' 1993 г.

Отзывы на автореферат в двух ояземплярах, заверенные ш чатью, просим направлять в адрес ученого секретаря Сгациал зированного совета ГМА по адресу: 199026, С.-Петербург, Ко< линия, дом 15-а.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., доцент }2 В.Н.Рябышкин

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важное место в решении проблемы повыие-г безопасности мореплавания занимает усовершенствование ра->технических систем связи, радиолокации и радионавигации. ¡у из основных ролей при этом играет использование судовых биолокационных станций (PJIC) и построенных на их основе САРП ютем автоматической радиолокационной прокладки).

В соответствии с Мевдународной конвенцией по охране чело-тской жизни на море 1974 г. и поправками к ней 1981 и 1983гг.,

смотрено оборудование радиолокаторами всех существующих 1,ов валовой вместимостью 1600 рег.т и более. В настоящее вре-по решению ИМО предусматривается обязательная установка САРП все суда, водоизмещением более ГО тыс.per.т.

Требования, предъявляемые к РЛС и САРП, а именно, надеж-:ть, помехоустойчивость, информативность, точность проводи-с измерений - постоянно возрастают. Кроме того, остро встает эблема ограничения импульсной мощности излучения по экологи-зким нормам.

При использовании традиционных методов построения судовых Z с простым импульсным сигналом становится невозможно полстью удовлетворять возрастающим требованиям. Проведенные ис-эдования и анализ публикаций за последние десятилетия пока-л, что одним из перспективных путей решения данных проблем ляется построение судовых РЛС со сложным сигналом (с большой зой).

Сложные сигналы нашли широкое применение в различных радио-хнических системах связи, навигации и локации. Известны оте-ственные и зарубежные РЛС со сложным сигналом. Но такие ра-олокационные системы не нашли иирокого применения на судах -за ряда причин, связанных со спецификой морских условий.

В области морской радиолокации в направлении создания ко-бельных РЛС со сложным сигналом, где основным требованием яв-ется скрытность работы, ведутся исследования на ряде кафедр ТИ. Известны работы таких авторов, как Винокуров В.И., Кали-ченко С.П., Никандров Ю.В. и др. При этом открытыми остаются просы обеспечения необходимого динамического диапазона линей-го тракта РЛС, синтеза сложного сигнала с малым уровнем боко-

вых лепестков функции неопределенности. Исследования по рг работке таких вопросов явно недостаточны и требуют дальне? го изучения.

Цель работа и основные задачи исследования. Целью дисс тационной работы является повышение помехоустойчивости, ух ние технических характеристик, точностных параметров и уве чение информативности судовых РЛС за счет применения слоя* сигналов с большой базой.

Решение данных проблем требует комплексного исследоваь вопросов, связанных с обоснованием и выбором ввда сложногс нала, исследованием его свойств, с его эффективным испольэ нием, исследованием возможных способов построения РЛС.

В соответствии с поставленной целью основными задачами ляются:

- обзор методов борьбы с помехами при радиолокационные .людениях на море ;

- анализ различных типов сложных сигналов для применен судовых РЛС, выбор оптимального с точки зрения повышения г хоустойчивости к пассивным помехам, улучшения точностных г зателей, увеличения информативности, а также с точки зрени технической реализуемости ;

- анализ возможных способов построения судовых РЛС со ным сигналом и выбором режима работы РЛС ;

- исследование основных характеристик судовой РЛС со с ным сигналом т^тбм аналитических расчетов и методом матема ческого моделирования ;

- разработка алгоритма функционирования судовой РЛС и турной схемы, подтверждающей возможность технической реали устройств обработки радиолокационных сигналов с большой ба

Методика исследований. Для решения поставленных задач водились теоретические исследования и математическое модел вание.

Теоретические исследования основаны на применении мате тического аппарата векторно-матричной алгебры, теории веро ностей, случайных процессов и корреляционного анализа, эле тов интегрального и дифференциального исчислений, теории ч и конечных полей.

Моделирование проводилось на ЭВМ с использованием аппа та теории вероятностей с применением экспериментальных дан

ученных в -результате анализа натурных испытаний, проводимых тими авторами.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Для повышения помехоустойчивости, улучшения технических эактеристик судовых РЛС (САРП) целесообразно использовать тный сигнал,

2. Способ построения судовой РЛС со сложным сигналом -тульсно-доплеровекая РЛС (ИД РЛС).

3. Выбор и обоснование целесообразности использования в ка-:тве сложного зондирующего сигнала бинарно-фазоманипулиро-того обобщенными дополнительными последовательностями радио-гчульса.

4. Предлагаемые системы обобщенных дополнительных последо-гельностей обладают свойствами, которые выявлены и изучены в це диссертационного исследования: инвариантность к амплитуд-и искажениям, инвариантность к усечению последовательностей, «личность.

5. Алгоритм функционирования и структура судовой импульс--доплеровской РЛС.

6. Обоснование и выбор модели для математического модели-вания судовой ИД РЛС со сложным сигналом.

Научная новизна проведенных исследований заключается в сле-гацем:

1. Проведен анализ возможных схем построения судовых РЛС

> сложным сигналом, за основу предложено взять имцульсно-доп-ровскую РЛС.

2. Проведен анализ сложных сигналов для применения в судак имцульсно-доплеровских РЛС и предложены системы обобщенных толттелъиых последовательностей (ОДП).

3. Выявлены следующие свойства ОДП, которые делают их прив-;котельными для использования в судовой радиолокации:

- инвариантность к амплитудным искажениям ;

- инвариантность к усечению ;

- цикличность.

4. Проведен сравнительный анализ различных систем ОДП по /нкции неопределенности. Для практического применения пред-эжены системы ОДП,построенные на основе матриц Адамара с ис-эльзованием разностных множеств Зингера и Холла.

5. Разработаны алгоритм функционирования и структурная схема судовой имцульсно-доплеровской РЛС с ОДП, подтвервда щая возможность технической реализации.

6. Получены оценки характеристик обнаружения судовой и цульсно-доплеровской РЛС со сложным сигналом.

7. Проведена оценка влияния нелинейности аналого-цифро] преобразования сигнала на характеристики судовой ВД РЛС.

$. Разработана математическая модель для моделиройания довой ВД РЛС.

Практическая ценность проведенных исследований. Получе] в работе результаты могут быть использованы:

- при разработке новых судовых радиолокационных систем улучшенными характеристиками ;

- выявленные свойства 0/Щ позволяют их использовать в < довой радиолокации и дают возможность дальнейшего исследовг новых видов систем обобщенных дополнительных последователь! тей.

Разработанный алгоритм функционирования и структурная < ма судовой РЛС со сложным сигналом могут быть использованы практического построения и реализации устройств формирован! обработки сложного сигнала.

Предложенный алгоритм моделирования и разработанная мач матическая модель могут быть использованы для оценки харакч ристик обнаружения судовых РЛС со сложным сигналом.

Реализация результатов работы. Результаты диссертациош работы использована:

~ в материалах хоздоговорной НИР, выполняемой на кафедре ТОР ГМА имени адаирала С.О.Макарова с НПО "Равенство" в 19£ 1989 гг.;

- при разработке технического задания на перспективную довую РЛС сантиметрового диапазона с улучшенными характерис ками "Океан-А" ("Океан-Б");

- в определении перспектив развития судовой радиолокацк в рамках договора о содружестве ГМА имени адаирала С.0.Мака ва с НПО "Равенство" в 1990-1991 гг.

Апробация работы. Основные положения и результаты работ обсуждены и одобрены на:'

- 45-й научно-технической конференции, посвященной Дню дио в 1990 г. в Ленинградском доме научно-технической пропа ганды ;

- научно-технических конференциях Всесоюзного НТО водного шспорта в 1987-1992 гг. ;

- научно-технических конференциях и семинарах профессорс--преподавательского состава ГМА им.ада.С.О.Макарова в 1986-?2 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований олуб-<овано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит введения, четырех разделов, заключения, списка литературы приложений. Работа содержит 128 страниц машинописного текста, страниц рисунков и таблиц, в списке литературы 129 работ, щий объем 204 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой мы и решаемых в диссертационной работе вопросов, определяет-I цель и направление исследований. Также отмечается,.что во-гасам применения сложного сигнала в РЛС посвящены работы из-¡стных ученых и специалистов, таких как Винокуров В.И., Свис->в В.М., Ширман Я.Д. Исследованию общих вопросов синтеза и при тент сложных сигналов в радиотехнических системах посвящены )боты Варакина Л.Е., Ипатова В'.П., Свердлика Н.Б. и др. Но не-ютря на это, число публикаций, посвященных применению сигналов большой базой в судовых РЛС незначительно, и не отражает в элной мере специфику условий их работы.

В первом разделе проведен обзор основных видов радиолока-лонных помех на море и методов борьбы с ними. Основными вида-и помех, влияющими на помехоустойчивость РЛС принято считать омеху вида отражений зондирующих сигналов от взволнованной орской поверхности и помеху вида отражений от гидрометеообра-ований. Дан анализ физической природа пассивных помех, объяс-яется выбор вероятностных функций для математических моделей представлении помех. Сформулированные основные методы борьбы помехами реализованы как в современных отечественных, так и арубежных судовых РЛС.

Показано, что одним из перспективных методов повышения по-юхоустойчивости РЛС к помехам вида отражений от взволнованной

б

морской поверхности и гидромвтеообразований является приме ние сложных сигналов с большой базой.

Для оценки основных свойств сложного сигнала использу* функцию неопределенности (ФН) и связанные с ней характерно ки. Одно из основных требований к сложному сигналу - это в можно минимальный уровень боковых лепестков который вл на способность обнаружения слабых сигналов. Кроме того, да мический диапазон РЛС ограничивается наличием боковых лепе ков в сжатом сигнале. Поэтому важным является решение вопр синтеза сложного сигнала с малым уровнем боковых лепестков функции неопределенности.

В зависимости от вида используемого сложного сигнала м выделить следующие способы построения судовых РЛС: импульс непрерывного излучения, имцульсно-доплеровские.

В результате анализа особенностей построения судовых Р со сложным сигналом сделан вывод о том, что наиболее целее ■разным с точки зрения улучшения технических характеристик ляется применение имцульсно-доплеровских РЛС с фазоманицул рованным зондирующим сигналом.

На основе проведенного в первом разделе анализа уточня задачи диссертационного исследования.

Второй раздел посвящен разработке законов кодирования ного зондирующего сигнала с большой базой.

Для обеспечения кругового обзора проведен расчет основ временных соотношений режимов работы иыцульсно-доплеровско РЛС с параллельным обзором по дистанции и оценено необходи значение базы сложного сигнала для обнаружения целей с зад ными вероятностными характеристиками.

Дистанция по дальности, разделенная на М = 512 нванто: разбивается на Ь поддиапазонов, число которых равно колич ву шкал дальности РЛС. В таблице I приведены максимальная , на кодовой последовательности сложного сигнала в яависимос от длительности единичного элемента кода , к - номбр диапазона по дальности, Ти(( - время излучения сигнала.

Из основного уравнения радиолокации определяем значена

базы сложного сигнала В :

где Ри - импульсная мощность передатчика ; С - коэффициент усиления антенны ; X - длина волны ; Рт'гп - чувствительность приемника,

- требуемое отношение сигнал/щум для обнаружения цели.

Таблица I Зависимость длины кодовой последовательности сложного сигнала от длительности единичного элемента кода

Т„1 (мкс) N Число блоков длиной Т„Ь

* % 'мне) скорость вращения антенны (об/мин)

0,1 0,2 0,4 0,8 1,0 20 15 10

I 6,25 62 31 15 7 6 400 600 800

2 12,5 125 62 31 15 12 200 300 400

3 25,0 250 125 62 31 25 100 150 200

4 50,0 500 250 125 62 50 50 75 100

5 100,0 1000 500 250 Г25 100 25 37 50

6 200,0 2000 1000 500 250 200 12 18 25

При вероятности правильного обнаружения ("по = 0,8 и вероятности ложной тревоги Рлт = 0,0001 для обнаружения полезных целей при импульсной мощности передатчика 100 Вт база сигнала должна быть не менее 1000, а при имцульсной мощности 50 Вт -не менее 2000. Исходя из этого для судовой ИД РЛС выбрана структура сложного сигнала в виде составных последовательностей, состоящих из двух или более частей.

При составной сигнале,состоящем из двух частей, возможно применение дополнительных последовательностей. Подобные последовательности введены в 1949 г. Голеем и им же матема ичес-ки описаны в 1960 г.

В реферируемой работе исследованы корреляционные свойства подобных последовательностей длины N = 8, Гб, 32, 64, 128.

Однако, класс дополнительных последовательностей ограничен лишь системами, состоящими из двух последовательностей (частей), у каждой из которых число элементов N только четное и может быть равно сумме квадратов двух чисел.

Класс дополнительных последовательностей был расширен до систем, состоящих из более чем двух частей с большим выборе возможного количества элементов в каждой из них. Подобные сис темы названы обобщенными дополнительными последовательностями (ОДП). Также такие системы называют групповыми дополнительные последовательностями. Описание их некоторых свойств и методов построения нашли отражение в работах Е. Holiday, G, Weathers, 0. Ellenburfl, R.Turin, А.Г.Саруханяна, С.С.Аганяна.

Для ОДП » ^н} ' Должно выполняться ус

ловие

(2)

где М - количество последовательностей в системе N - длина последовательности. Удобно ОДП представлять в матричной форме

A MN -

л:

£ £

С

(3)

где каждая к -ая строка матрицы соответствует последовательности (с^]- .

Для синтеза ОДП предложено использовать принцип производя щих последовательностей. Системе (3) ставится в соответствие производящая последовательность = «1< , , ..., ¿.^ , где элемент - М -мерный вектор, являющийся ( -ым столбцом матрицы . Для множества элементов , I = 1,М , вводится от рация умножения

с^е^ =

О

при при

1•

(4)

При. этом (2) принимает эквивалентный вид

^ [ ИМ при п = О ; О при п Ф- О ,

К*,/") = II & =

(5)

где ЯгГи(п) - корреляционная функция производящей последовательности. Синтез ОДП сводится к синтезу ее" производящей последовательности, для которой выполняется (5).

В работе рассмотрены методы синтеза и приведены примеры построения систем обобщенных дополнительных последовательностей для случаев М<=Н ,М<М«2И и N >2М .

Рассмотрим метод синтеза ОДП при N ^ И . Для выполнения (5) с учетом введенной операции (4) достаточно, чтобы элементы <К [ , 1 = -(, М , являлись попарно ортогональными, что эквивалентно нахождению такой матрицы А им »У которой ортогональна ее транспонированная матрица АмЫ .В частности, названным свойством обладают матрицы Ацамара. Требуемая система ОДП из М последовательностей с количеством элементов N в каждой из них получается исключением любых столбцов матрицы Адамара порядка И .

В диссертационной работе выявлено, что системы обобщенных дополнительных последовательностей, помимо обязательного свойства дополнительности, обладают рядом других важных свойств, что выгодно их отличает от других систем сигналов и делает привлекательными для использования в судовой радиолокации, а именнсс

- инвариантность к амплитудным искажениям ;

- инвариантность к усечению последовательностей ;

- свойство цикличности.

Данные свойства исследованы в работе и имеют весьма важное значение для применения систем ОДП в судовых РЛС со сложным сигналом.

Инвариантность к амплитудным искажениям.

Предположим, что последовательности системы ОДП подвергаются амплитудным искажениям - взвешиваются на некоторую униполярную функцию зс(4) . Тогда кодовые последовательности примут следующий вид:

ЪсмК'

< 11 х4. <А/

2 /2

ОС; ОС,

1 2

2. г

ж. ¿Г

I к

и . X,

I К

Запишем транспонированную матрицу:

'.эсМК

4 л4 X. еК.

I <

I 4

1 4 X. «ь

I 2

-г* Л.3-Х1 "г

Х4

^Г^ I

Д^ЛЛ

ХС

<С м

где - постоянные положительные числа. Не вызывает сомне ний, что матрица А^* ортогональна. Следовательно, уровень боковых лепестков корреляционной функции остается нулевым.

Свойство инвариантности систем обобщенных дополнительных последовательностей к амплитудным искажениям позволяет испол; зовать традиционные системы временного регулирования усилена для частичного сжатия динамического диапазона входных сигнал

Инвариантность к усечению.

Пусть имеется система обобщенных дополнительных последов* тельностей Амк • Усечение каждой из К последовательностей < темы эквивалентно удалению из матрицы А „к соответствующего количества столбцов. При этом усеченная матрица сохраняет ортогональность своей транспонированной матрицы. Следовательно, сохраняется и свойство дополнительности усеченных последовательностей.

Свойство инвариантности систем ОДП к усечению позволяет сохранить дельта-образную форму взаимокорреляционной функции с опорным сигналом при усечении принимаемого сигнала по длительности. При этом сохраняется минимальная величина "мертвой зоны, определяемая длительностью одного элемента последовательности. Более того, усечение сигналов отраженных от целей, расположенных в ближних квантах дальности действует как допол нительная система стабилизации уровня ложных тревог.

Свойство цикличности.

Пусть имеется система ОДП Ам« . Любая перестановка (в .том числе и циклическая) строк матрицы К нк не изменяет ортогональности ее транспонированной матрицы. Следовательно, со храняется свойство дополнительности системы последовательностей.

Циклические свойства обобщенных дополнительных последовательностей позволяют организовать скользящую свертку и тем самым уточнять азимут цели, так как обработка информации может быть начата с любой строки матрицы при сохранении свойства дополнительности.

В работе большое внимание уделено методам построения и анализу основных характеристик систем обобщенных дополнительных последовательностей. Практически построены двоичные и троичные системы ОДП различного порядка с использованием теории конечных полей на основе матриц Адамара, нонферено-матриц, функций Хаа-ра, рассмотрены производные системы.

Проведены расчет и анализ функций неопределенности и связанных с ней характеристик, а именно, оценка максимального значения и среднеквадратического значения (СКЗ) уровня боковых лепестков (ЕЛ) в рабочбй области, за которую принята область временных задержек до периода повторения и доплеровских сдвигов до половины частоты повторения. Расчет также проводился с учетом влияния ВАРУ, вращения антенны и ее диаграмма направленности (ДН) в горизонтальной плоскости. Отдельные результаты приведены в таблице 2, ,где второй столбец граф Манс.ур.БЛ и СКЗ ЕЛ соответствует значениям с учетом влияния ВАРУ и ДН.

Таблица 2 Значения уровня боковых лепестков ФН систем ОДП

Мзтод синтеза Размеры N * М Ур.центр, леп. Макс.ур. ЕЛ (дВ1 СКЗ БЛ (дБ)

РМ Зингера 32x32 1024 -27,5 -28,7 -33,5 -38,3

Коды Холла 32x32 ' 1024 -27,9 -29,1 -33,6 -38,3

РМ квадратичных вычетов 32x32 1024 -27,9 -26,0 -29,9 -35,0

М-цы Адамара-Сильвестра 32x32 1024 -14,9 -17,3 -24,5 -26,7

Конференс-матрицы 26x26 650 -19,5 -20,8 -28,7 -32,8

М-цы Хаара 32x32 192 -21,0 -28,1 -33,4 -38,8

Производные конф.-матрицы РМ квадр.вычетов 26x32 325 -22,1 -24,6 -31,7 -34,6

Как показал анализ, наилучшими из рассмотренных являются системы ОДП,построенные на основе матриц Адамара с использованием разностных множеств Зингера и Холла.

Такие ОДП размером 32x32, которые имеют максимальное эна чение уровня боковых лепестков функции неопределенности -27,9 дБ, а среднеквадратическое значение боковых лепестков -33,6 дБ относительно центрального пика, предлагаются для практического использования в судовых Щ РЛС со сложным сигналом.

В третьем разделе предложен алгоритм функционирования и разработана структурная схема судовой Щ РЛС, показаны пути реализации сложного сигнала. Проведены расчет и анализ харак теристик цифрового обнаружителя сигналов имцульсно-доплеров с кой РЛС, расчет помехоустойчивости.

Предложенная структурная схема ориентирована на цифровой способ обработки сигналов. Техническую сложность реализации РЛС определяет один из основных ее узлов - устройство оптима. ной обработки сложного сигнала. При использовании дополните® ных последовательностей устройство обработки представляет из себя программируемый цифровой согласованный фильтр с числом элементов задержки использование которого позволя-

ет существенно упростить техническую реализацию.

При использовании систем ОДП необходимо построение устройства обработки с использованием корреляционного метода, кс торый требует количества корреляторов, равное количеству каналов дальности, что естественно усложняет техническую реализацию. Однако, с развитием средств цифровой обработки реализг ция данного устройства не составляет большой сложности.

Наиболее жесткими требованиями при проектировании РЛС и САРП, являются условия обеспечения линейной обработки сигнала с достаточно большим динамическим диапазоном - 100 дБ по ьоек задержкам и 40-50 дБ - мгновенный динамический диапазон.

Поэтому в диссертационной работе проведено исследование влияния нелинейности цифровой обработки на характеристики обнаружения ИД РЛС.

Потери в пороговом отношении сигнал/щум по напряжению по сравнению с оптимальным обнаружением могут достигать от 3,5 д и до 6,0 дБ при доплвровском сдвиге частоты.

Также проведен расчет характеристик обнаружения при мало-уровневом квантовании. Для компенсации потерь в цифровом обна ружителе по сравнению с оптимальным необходимо увеличить мощность сигнала или величину базы сигнала в 1,4 - 2,7 раза.

Однако, свойстзо инвариантности систем ОДП к амплитудным искажениям позволяет использовать систему ВАРУ для частичного сжатия динамического диапазона входных сигналов, тем самым обеспечить больший диапазон линейной обработки входных сигналов и исключить потери.

В последней части третьего раздела проведено исследование характеристик обнаружения судовой ИД РЛС. Расчет проводился по известным методикам. При наличии помех от морской поверхности сигнал, получаемый на выходе схемы обработки представляет собой сумму коррелированных и некоррелированных составляющих.

В результате расчета получены следующее характеристики, которые превосходят подобные характеристики известных отечественных РЛС и САРП. Так,для импульсно-доплеровской РЛС дальность обнаружения целей при вероятности правильного обнаружения 0,8 и вероятности ложной тревоги 0,0001 (0,1), высоте установки антенны над уровнем моря 15 м следующая:

- судна водоизмещением 5ООО тонн 13 (18,5) миль ;

- среднего морского буя с ЭПР 10 кв.м 4,8 (7,0) мили.

При импульсной мощности 200 Вт дальность обнаружения с вероятностью правильного обнаружения 0,8 цели с ЭПР 500 кв. м достигает значения 22,1 шли ( Рдт =0,1) и 15,2 мили ( Рлг = = 0,0001), а при Ри = 100 Вт соответственно 18,5 и 13,0 мили.

Четвертый раздел посвящен математическому моделированию. С помощью теоретических изысканий невозможно в полной мере оценить характеристики предлагаемой РЛС. Это вызвано различными факторами, в-частности, сложной природой помеховой обстановки, условиями работы судовых РЛС и невозможностью аналитического представления и расчета отдельных параметров и характеристик.

Разработаны алгоритм моделирования и математическая модель, которая состоит из двух частей - формирующей и преобразующей.

Для представления и математического описания входных воздействий и внутренних фазовых переменных использован метод комплексной огибающей.

В общем случае аддитивную смесь сигнала, помехи и шума можно представить в следующем виде:

и5а)*иА(1,лй) + и„ а,Лп)*иш(0=Яе{Ео(Фм}, (б)

где Я - информационный параметр.

В соответствии с методом комплексной огибающей в случае фазовой модуляции Рм-^^ . комплексную огибающую

сигнала можно представить в виде двух квадратурных составляю щих:

(7

Еа (Л,1)- E^sinU^^^+fJcosWbcosC^Z^pstn.uJt],

где - максимальная девиация фазы; а и) _ доплеровский сдвиг; % - случайная начальная фаза.

При математическом моделировании учтены следующие исходные условия: волнение моря до 5 баллов, наличие отражений от гидрометеоров, затухание радиоволн в дожде и тумане, внутренние шумы приемника.

Временные интервалы, средняя мощность излучения, частота вращения антенны, длина волны - соответствуют характеристика», современных РЛС и САРП.

В качестве полезных целей приняты суда с различным водоиг мещением, соответственно и ЭПР, находящиеся на заданном рассч янии. Исследуемый сложный сигнал представляет из себя систему ОДП размером 32x32 (база равна 1024), построенной на основе мг риц Дцамара из циркулянтов на основе разностных множеств Зда гера.

Доверительная вероятность результатов моделирования при доверительном интервале 10%.

В результате моделирования получены следующие основные данные.

Вероятность правильного обнаружения при ta =0,11 мне на расстоянии 2,0 мили: при волнении моря 0 баллов цели с ЭПР 10 кв .м - 1,0 ( Рлт = 0,1), 0,98 ( Рлт = 0,0001) ; цели с ЭПР 100 кв.м - 1,0 ( РЛТ = 0,1), 0,99 ( Рлт = 0,0001) ; при волнени моря 5 баллов соответственно цели с ЭПР 10 кв.м - 0,96 ( Рдт = = 0,1), 0,87 ( Рдг = 0,0001) ;цели с ЭПР 100 кв.м - 0,99 ( Рл, =0,1), 0,96 ( РАТ = 0,0001).

Вероятность правильного обнаружения.цели с ЭПР 100 кв.м при % - 1,0 мке на расстоянии:

- 4 мили - 1,0 (0 баллов, Рит- = 0,1), 0,94 (5 б., Рм = 0, 0,98 (0 б., РАТ = 0,0001), 0,83 (5 б., РЛт = 0,0001) ;

- 16 миль - 0,65 (0 б., РЛТ =0,1), 0,51 (5 б., Рлт = 0,Ш 0,15 (0 б., Рлт = 0,0001), 0,09 ( 5 б., Рлт = 0,0001).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Обоснован класс сигналов для использования в качестве зондирующего в судовых имцульсно-доплеровских РЛС в виде фа-зоманицулированного сигнала на.О и обобщенными дополнительными последовательностями.

2. Выявлен ряд основных свойств обобщенных дополнительных последовательностей, выгодно отличающих их от других, в частности:

- инвариантность к амплитудным искажениям, что дает возможность использовать временную автоматическую регулировку усиления для частичного сжатия динамического диапазона уровня входных сигналов ;

- инвариантность к усечению, что дает возможность уменьшения дальности "мертвой" зоны до величины определяемой длительностью единичного элемента кодовой последовательности ;

- цикличность, что дает.возможность организовать скользящую свертку и уточнять азимут цели.

3. Проведен сравнительный анализ различных систем ОДП по их функции неопределенности. Выбраны конкретные виды ОДП для использования в судовых ИД РЛС по критерию минимума уровня боковых лепестков и минимума среднеквадратичесного значения уровня боковых лепестков функции неопределенности в рабочей области. Это системы ОДП, построенные на основе матриц Адамара из циркулянтов.

4. Разработаны алгоритм функционирования и структурная схема судовой ИД РЛС с ОДП.

5. Проведен анализ влияния нелинейности цифрового обнаружителя сигналов на характеристики судовой ИД РЛС.

6. Разработана математическая модель для моделирования на ЭВМ с учетом реальной помеховой обстановки (по материалам натурных исследований) работы судовых РЛС.

7. Проведены расчет и оценка основных характеристик ИД РЛС. Показано, что характеристики ИД РЛС со сложным сигналом превосходят аналогичные характеристики существующих судовых РЛС.

Результаты проведенных автором исследований использованы при разработке перспективной судовой РЛС сантиметрового диапазона с улучшенными характеристиками в НПО "Равенство".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. К вопросу применения сложных сигналов в судовых РЛС// Сборник материалов Х1У научно-технической конференции секции радиосвязи и радионавигации ЛБНТОВТ. - Л., 1989, с.60-62. (Соавторы Бородин Н.И., Буканов И.П.).

2. Обобщенные дополнительные последовательности и их при менение в судовой радиолокации//Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи: Материалы 45 НТК, посвяще ной Дню радио. Тезисы докл. - Л.: ЛДНТП, 1990. - с.20-21. (С авторы Бородин Н.И., Буканов И.П.).

3. Синтез обобщенных дополнительных последовательностей/ Радиотехника, 1990, № 3, с.42-44. (Соавторы Бородин Н.И., Бу канов И.П.).

4. Характеристики цифрового обнаружителя слабых сигналов при малоуровневом квантовании//Материалы ХУ всесоюзной НТК ВНТОВТ. - Л., 1990, с. 162-168. (Соавторы Бородин Н.И., Бука-нов И.П).

5. Цифровой квазиоптимальный обнаружитель сигналов со сл; чайной начальной фазой//Радиоэлектроника, Изв.вузов СССР,Г99( № 4, с.68-70. (Соавторы Бородин Н.И., Буканов И.П.).