Бакулев П.А. Радиолокационные системы (2015) (1151781), страница 34
Текст из файла (страница 34)
РЛСработает на волне 10см с частотой повторения импульсов Fn =1 кГц.Ответ:kF Л/?сл = a r c c o s - ^ ;к = 0,1, 2,3, ... 10;Д> = 90° ;/?, = 80,406° ;Р2 = 70,529° ; ...Д = 48,19°; ...7.3.Найдите слепые скорости и дальности для РЛС с низкой Fn = 1 кГц , средней Fn =10 кГц и высокой Fn =100 кГц частотой повторения импульсов(НЧП, СЧП и ВЧП). РЛС работает на Я = 3 см., = 15/м/с; Rcni = 150/ км; СЧП ВЧП -Vnni = 1500м/с; RCJli = 1,5/ км.О твет: НЧП -= 150м/с; Дсл; = 15/ км;В [19] приведены типовые задачи и задачи для самостоятельного решения по данному разделу.Материал главы закрепляется выполнением лабораторной работы «Исследованиеобнаружителей движущихся целей» [18].218Глава 8Борьбас активными помехами8.1.
Устройства подавления пространственныхактивных помехАктивные помехи, принятые антеннами РЛС, взаимодействуют сотраженным сигналом на входе приемника, образуя вместе с шумомвходную реализацию. Основные особенности взаимодействий активныхпомех и полезных сигналов - полное или частичное их совпадение вовремени, перекрытие по частоте и различие в направлениях прихода радиоволн. При совместной обработке полезных сигналов и помех необходимо учитывать, что и сигнал, и помеха представляют собой электромагнитные поля (волны).
Следовательно, эти сигналы являются одновременно функцией времени, частоты, начальных фаз и амплитуд, атакже направлений прихода сигналов (углов в пространстве) и параметров поляризации волны, т.е. являются пространственно-временнымисигналами. После приема сигналов и помех антенной число параметровсокращается, поскольку параметры поляризации и направления приходаволн преобразуются в параметры электрического сигнала, снимаемого сантенны: амплитуду, разность фаз и т.п. Основные особенности и характеристики обработки пространственно-временных сигналов на фонепомех рассмотрены в приложении 6.Изложенные принципы приема пространственного сигнала позволяют не только выполнять оптимальную обработку пространственновременных сигналов на фоне пространственно-временных некоррелированных и равномерных по пространству шумов и помех, но и оптимально обнаруживать полезные сигналы на фоне пространственных коррелированных помех.
Однако, как было показано, в общем случае решать этизадачи трудно. Поэтому на основе сведений об устройствах обработкипространственных сигналов рассмотрим более простые задачи компенсации мешающих пространственных сигналов - разновидности пространственных коррелированных помех. Действительно, практика радиолокации показывает, что можно вполне успешно создавать устройст219ва, способные подавлять пространственные активные помехи. Наиболеепростые из таких устройств основаны на компенсации сигнала помехиили на деформировании ДНА и применимы при небольшом числе источников помех в пространстве.
В более сложных ситуациях, когда число источников помех велико, используют более сложные системы обработки пространственно-временных сигналов.Устройства подавления с деформацией ДНАПри воздействии активных помех по боковым лепесткам ДНА радиолокатора можно в приемнике ввести ограничение принятых сигналов на уровне сигналов, принимаемых по боковым лепесткам (максимального или среднего), но в этом случае неизбежны потери приема полезного сигнала, принимаемого по главному лучу ДНА.Если полезный сигнал и активная помеха принимаются по главному лучу ДНА, то необходимо подавлять активную помеху с помощьюдополнительной компенсационной антенны.Рассмотрим устройство, позволяющее сформировать минимумдиаграммы в направлении на источник помехи, используя дополнительную антенну (рис.
8.1).Рис. 8.1. Схема устройства формирования провала в ДНАОбозначим / 0(<9) и f x{6) - исходные диаграммы направленностиосновной и компенсирующей антенн, a / £(0) - результирующую диаграмму/ £(0) = ШантеннойсистемыизантенниАх.Тогда+ Wfx( 0 ) . Если 0, - угловая координата источника помехи, тодля компенсации помехи нужно выполнить условие f Ii(0\) = 0, откудаw = -m )i№ )==*m >Подставив это соотношение в выражение для / £( 0 ) , получим/z(<9) = / o W - [ / o ( ,9i ) / / i ( ,9i)]/i((9) - Видно, что при 6>-н9, / £(<9) —>О и внаправлении на источник помехи образуется / £(0) -> О и в направлении'на источник помехи образуется провал в ДНА. При действии несколь220ких помех с ряда направлений необходимо большее число антенн, чтобы антенна Л0 и одна из других антенн А,- образовывали компенсирующее устройство активной помехи с /-го направления (рис.
8.2).Рис. 8.2. Схема пространственной обработкидля подавления нескольких (N) помехУстройства компенсации помехКогда направления на источники сигнала и активной помехи впределах главного луча ДНА не совпадают, можно скомпенсироватьпомеху. Пусть основная антенна Aq принимает помеху у 0, а дополнительная компенсационная антенна А1 - помеху у, того же источника,отличающуюся на <р по фазе от у0 (рис. 8.3).а)б)Рис.
8.3. Схема (а) и векторная диаграмма сигналов (б)компенсатора активной помехиСчитаем, что на выходе сумматора образуется напряжениеух =у0 +ик , где напряжение компенсирующего канала u* = y}W + jyxWx.Тогда у г = у0 + yxW + j, где у? = jy ,.Весовые коэффициенты для компенсации помехи формируются всоответствии с алгоритмами W =-к кМ {уху^} и Wx= -kkM {y{Vs } , гдекк - коэффициент усиления цепи компенсации помехи; М{...} - математическое ожидание. Подставив в эти соотношения значения yz ипроведя усреднение, получим221Рис. 8.4. Схема компенсатора активной помехис корреляционными обратными связями~ ^пвх /^пвых = ао/ ° 1 = [} ~ |р| ]•При некоррелированной помехе |р|2 —>0 , кп -»1 и подавленияпомехи нет. При сильно коррелированной помехе |р|2 —>1, £п -»оо иподавление помехи максимально.Весовой коэффициент можно представить в виде WK=Wlk+ j Wlk,где Wlk = |^ K|co s^ = ^TKcos^ и fVlk =\WK\sin у/ = WKsin у/ .
При этоми = ^ = к и + « ) 2] '/2wПусть антенная решетка (рис. 8.5) состоит из одной основной(/ = 0) и N вспомогательных антенн. После взвешивания с весомвыходные сигналы антенн суммируются и результат сложения у2 сравнивается с сигналом и0 . По результату сравнения е = уz - u0 блокуправления весовыми коэффициентами БУВК формирует вес Wt в каналах вспомогательных антенн.Будем считать, что помеха является узкополосным гауссовскимслучайным процессом. В момент t223Рис.
8.5. Схема подавителя помех с корреляционной обратной связьюна антенной решеткеуЕ(0 = £ у , (ОН', = YT(0W = W TY(0 ,1=0где Y(0 = [y\(t),y2(t)" .V/v(0]T~ вектор-столбец компонентов сигналовэлементов антенны; т - знак транспонирования матрицы.Каждый компонент (/) является вектором-строкой:у, == [yt (/,), yt(t2)...yt(tN)]. Вектор-столбец весовых коэффициентов обозначим W = [Щ, w 2. .
wN]T.Используем критерий минимума среднеквадратического отклонения^ 2 = К (0 -У 2 :М ]2 ,где и0 - вектор опорного сигнала.Следовательно,М (е 2) = М {[и0(/) - ух(/)]2} = М {[u0(0 - YT(/)W ]2} -> min ,откуда• М { и20 + W TY (0Y T(/)W - 2u0(<)WTY(f)} == [м {[u0(0]2} + Л/ {WrY(0Yr(0w }] - 2u0(OM {WTY(<)} -> min .Введем корреляционную матрицу выборок сигналов источниковпомех:( У\У\ЛУл!УУпУУпУп)R(Y,Y) = A/{ y (/)Yt (/)} =224и вектор-столбец взаимно-корреляционной матрицы опорного сигнала ипомех R(Y ,u0) = Y(/)u 0( t ) .
Условия минимума s 2 можно отыскать, приравняв нулю градиент искомой матричной величины: VM [л /(£ 2)] = 0 . Сучетом того, что W TR(Y,Y)W - квадрат скалярного произведения(W ,Y)2 , гдеYYT= R (Y ,Y ),градиентотнеевыражаетсякакVW [ W TR( Y, Y) w] = 2 R(Y, Y) W , поэтомуVW[uo + W TR(Y, Y)W - 2WTR(Y,u0)] = 2R(Y, Y)W - 2R(Y,u0) = 0 ,откуда R(Y,Y)W = R (Y,u0) или, умножая слева на R “‘(Y ,Y ),R '(Y,Y)R(Y,Y)W = R -‘(Y, Y)R(Y,u0) .В результате IW = R~'(Y, Y)R(Y,u0) , где I - единичная матрица.Следовательно, алгоритм определения матрицы оптимальных весовых коэффициентов имеет видWonT = R -'(Y ,Y )R (Y ,u0).(8.3)Последнее выражение есть уравнение Винера-Хопфа в матричнойформе.
Предполагается, что матрица R(Y,Y) не вырождена, следовательно, существует обратная матрица R _1(Y, Y ) .Если для отыскания оптимального вектора весовых коэффициентов использовать критерий максимума отношения сигнала к помехам,то оптимальный вектор весовых коэффициентовWonr= * R -,(n x n )u (0 ,где к - некоторая константа; п - шумовая составляющая входногосигнала.Критерий максимума отношения мощностей сигнала и помехиприменим в стационарных условиях, даже когда отсутствуют сигнал ивнешние помехи, и не учитывает деформацию ДНА, особенно в областибоковых лепестков.Таким образом, при различных подходах к подавлению активныхпомех и любом критерии оптимальности приходим к схемам пространственной весовой обработки с компенсацией мешающих сигналов. Приэтом комплексные весовые коэффициенты можно формировать, обращаяматрицу входных реализаций помех и сигналов.
Возможны два способатакого обращения: прямой и рекуррентный. При больших размерах корреляционных матриц N х N (N - число источников помех) требуются225большие вычислительные и временные затраты. Обычно корреляционные матрицы заранее неизвестны, поэтому их следует оценивать повходным реализациям, а затем получать обратную корреляционную матрицу с помощью, например, схем с корреляционной обратной связью.Использование антенных решеток с устройствами формированиявесов W(0) = W (C^) с учетом корреляционных связей (рис. 8.4) требуетуменьшения длительности переходных процессов в устройстве илиуменьшения времени установления, а также сходимости результатовоценивания к истинным значениям характеристик помех, т.е.
адекватности измеренных характеристик помех истинным.8.2. Устройства борьбыс комбинированными помехамиПоскольку возможны многочисленные комбинации активных ипассивных помех, рассмотрим частный пример устройства борьбы скомбинированной помехой, относящейся к классу гауссовых помех исостоящей из аддитивной смеси активной и пассивной помехи. Еслипомеха гауссов процесс и на входе приемного тракта состоит из аддитивной смеси собственного белого шума, пассивной коррелированнойпомехи и активной помехи, то результирующую спектральную плотность помехи можно представить в видеG{)co) = N0 +Gm(j(o) + GmQ(o) = N0t | Gnn(jfl>)N01+(8.4)N0Коэффициент передачи системы оптимальной обработки для этогослучая:GanО Ы)к{')(о) = сS*(jft>)exp{-ja*0)1 + Gjm(j &)1+ -(8.5)1+Соотношение (8.5) соответствует последовательному включениютрех фильтров: оптимальный для обнаружения сигнала на фоне «белого» шума; «обеляющий» коррелированную пассивную помеху; компенсирующий активную помеху.
Однако уравнение компенсирующегофильтра (третий сомножитель (8.4)) показывает, что оно отображаетустройство, у которого фильтр включен в цепь отрицательной обратной226г)Рис. 8.6. Схемы фильтра для приема сигнала на фоне комбинированных помех:а - при воздействии комбинированной помехи; б - при воздействии толькопассивной помехи; в - при воздействии только активной помехи;г - при обнаружении сигнала на фоне только собственных шумовсвязи между выходом обеляющего фильтра и входом всего устройства(см. рис. 3.21).Структура фильтра изображена на рис. 8.6Так, подтверждается рассмотренная выше теория борьбы с пассивными помехами путем обеления коррелированных помех и с активнымипомехами - методами компенсации помех на входе пространственновременного фильтра. Более того, при априорной неизвестности относительно параметров пассивных или активных помех структура фильтрастремится к устройствам автокомпенсации помех (например, автокомпенсаторов с КОС).227Контрольные вопросы8.1.8.2.8.3.8.4.8.5.8.6.8.7.8.8.8.9.8.10.8.11.8.12.8.13.Что такое пространственно-временной сигнал?Какое устройство осуществляет пространственную фильтрацию сигналов?Какой тип антенн применяют для обработки пространственно-временныхсигналов?Поясните физику настройки на пространственно-временной сигнал пространственного фильтра.Что такое наблюдаемость цели на фоне активной помехи?Что такое подавление РЛС?Как влияет расстояние на эффективность самоприкрытия?Как осуществляется компенсация активных помех с помощью ФАР?Что такое автокомпенсатор и как он подавляет активную помеху?В чем заключается борьба с комбинированными помехами?При использовании обработки сигналов во временной области каковаструктура устройства подавления суммы активной и пассивной помех?Как осуществляется режекция (подавление) активной помехи?Как осуществляется режекция (подавление) пассивной помехи?Контрольные задачиТиповая задача 1Найдите форму нормированной результирующей ДНА / z(0) при компенсации воздействия активной помехи, приходящей с направления в\.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
