§ 12.5. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ

Цифровая реализация схем формирования и обработки сигналов позволяет существенно улучшить характеристики РЛС, в частности их защищенность от пассивных помех. Для этого наряду с применением сложных сигналов с внутриимпульсной модуляцией и ФАР, обеспечивающих повышение пространственной селекции целей, используют системы СДЦ с более совершенными характеристиками.

Для повышения эффективности систем СДЦ современных РЛС применяют различные методы. Рассмотрим наиболее действенные из них.

Устранение зон слепых скоростей. Этого можно достигнуть как вобуляцией периода повторения зондирующих импульсов, так и изменением несущей частоты .

Так, в одной из РЛС, использующей нерекурсивный цифровой трехимпульсный фильтр подавления, зондирующие импульсы излучаются сериями из трех импульсов. В первой серии период повторения импульсов , во второй , в третьей , причем . Через десять импульсов, т. е. через девять интервалов с суммарной протяженностью , серии повторяются в том же порядке.

Если время облучения каждого элемента разрешения равно или превышает , то зона слепых скоростей устраняется, при этом ограничивая возможности повышения скорости обзора.

Устранить зоны слепых скоростей можно и изменением несущей частоты зондирующих импульсов с одновременным изменением частоты местного гетеродина. При чередовании двух частот можно обнаружить цель, даже если ее скорость на одной из частот будет слепой.

Формирование карты мешающих отражений. Формирование карты мешающих отражений в оперативном запоминающем устройстве является одним из способов стабилизации уровня ложных тревог путем автоматической установки порога обнаружения в соответствии с усредненным уровнем сигнала за предыдущие обзоры, записанные для каждого элемента (или группы элементов) разрешения, где пороговый уровень превышен. Эти усредненные сигналы в блоке памяти и называют картами мешающих отражений, поскольку усредненные сигналы сохраняются в тех элементах разрешения, в которых размещаются отражатели по крайней мере в течение времени усреднения. Такие карты облегчают подавление отражений от земной поверхности и местных предметов, дающих устойчивые отражения в одних и тех же элементах разрешения. При этом используется межобзорная корреляция таких отражений для отделения их от флуктуаций помех путем установления порога радиальной скорости объекта, ниже которого отражения от объекта считаются мешающими.

Пороговое значение скорости, время хранения карты и постоянная времени сглаживания при необходимости могут регулироваться оператором на основе изображения на экране ИКО.

Достаточно универсальной является трехканальное устройство обработки сигналов в РЛС, содержащее канал без компенсации, канал с подавлением отражений от местных предметов и канал с адаптивным подавлением отражений от гидрометеоров.

Основой работы системы является применение карты помех, частично обновляемой с каждым обзором, и определение доплеровского сдвига для каждого элемента разрешения. Полученную информацию используют для автоматической подстройки полосы режекции адаптивного фильтра подавления помех. Обновляемую карту помех применяют также для адаптации порога обнаружения с целью стабилизации уровня ложных тревог. В системе предусмотрено считывание из памяти значений весовых коэффициентов фильтра подавления, соответствующих текущему значению временных интервалов между импульсами сигнала при вобуляции периода повторения зондирующих импульсов, что позволяет максимизировать коэффициент подавления помех системой.

Для реализации этих функций вычислительное устройство системы должно иметь большую емкость памяти и быстродействие.

Адаптивная компенсация помех. Качество работы систем СДЦ ухудшается в условиях нестационарных помех, например отражений от гидрометеоров. Для подавления подобных помех все шире применяют адаптивные устройства СДЦ. Адаптивную компенсацию осуществляют как во временной, так и в частотной области. В последнем случае входные сигналы компенсатора преобразуют в частотную область с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ), с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Развитие алгоритмов БПФ способствовало применению цифровой обработки сигналов в частотной области, разработке новых алгоритмов (не использовавшихся в аналоговых системах) и, в частности, созданию адаптивных подавителей коррелированных помех, развитию азимутально-корреляционной обработки и совершенствованию устройств стабилизации уровня ложных тревог.

Применительно к системам СДЦ с однократной и двукратной ЧПК БПФ позволяет производить амплитудное взвешивание сигналов и получать подавление пассивных помех на 20 — 60 дБ в зависимости от ширины энергетического спектра помех и доплеровской частоты цели. Из-за отсутствия априорной информации о скорости цели применяют равномерную АЧХ фильтра СДЦ во всем диапазоне возможных доплеровских частот целей. Характеристики обнаружения можно улучшить перекрыв этот диапазон узкополосными фильтрами. Эти фильтры при цифровой обработке могут быть реализованы с помощью ДПФ, эквивалентного полосовой фильтрации.

Большой уровень боковых лепестков АЧХ, которые образуются при ее формировании, можно снизить путем умножения входных сигналов на весовую функцию, что соответствует свертке спектра сигнала со спектром весовой функции. Так, при использовании весовой функции Хемминга , где , уровень боковых лепестков АЧХ уменьшается с 13 до 37 дБ по отношению к основному.

На рис. 12.8, а представлена упрощенная схема применения ДПФ с последующей азимутально-корреляционной обработкой для подавления отражений от гидрометеоров. В оперативном запоминающем устройстве ОЗУ1 в цифровой форме хранятся две квадратурные составляющие видеосигналов с выхода фазовых детекторов приемника РЛС. Блок ДПФ осуществляет преобразование Фурье по восьми точкам. Выходной сигнал возводят в квадрат (переход к мощности Р) и записывают в . Далее сигналы для каждого текущего (-го) элемента разрешения и для каждой доплеровской частоты усредняют по восьми азимутальным дискретам , расположенным симметрично относительно . При этом находят среднюю мощность помехи в элементе разрешения по дальности. Затем определяют разность между мощностью сигнала (или помехи) в элементе на азимутальном направлении (рис. 12.8, б) и средней мощностью .

Рис. 12.8

Эту разность сравнивают с порогом, при превышении которого принимают решение о наличии цели. Таким образом, выборки сигнала для азимутальнокорреляционной обработки берут через несколько периодов повторения (восемь в рассмотренном алгоритме), что при усреднении обеспечивает сглаживание помехи и повышает вероятность обнаружения цели. При использовании ДПФ выходной сигнал максимален, если доплеровская частота принимаемых сигналов совпадает с одной из выходных частот ДПФ, и минимален, если она равна среднему двух смежных выходных частот, причем разцость между ними составляет около 3 дБ.

Результаты испытаний показывают, что при использовании в РЛС антенны с круговой поляризацией и азимутально-корреляционной обработки с ДПФ подавление отражений от гидрометеоров достигает 30 дБ, что позволяет реализовать автоматическое обнаружение целей, при котором требуется большое отношение сигнала к помехе.

В рассмотренном случае решалась конкретная задача улучшения достоверности обнаружения сигнала в условиях воздействия отражений от гидрометеоров с помощью специализированного вычислителя.

В настоящее время актуальна задача создания на основе использования БПФ гибкой адаптивной системы для улучшения радиолокационного наблюдения при воздействии пассивных помех различного вида: отражений от земной поверхности, местных предметов, гидрометеоров и металлизированных лент. Разработаны достаточно эффективные алгоритмы решения этих задач. Однако их реализация возможна при наличии высокоскоростных многоразрядных АЦП и вычислителей с большим быстродействием и емкостью памяти. В связи с этим остается также актуальной задача разработки простых (подоптимальных) методов обработки сигналов и эффективных процедур сокращения вычислительных затрат при их реализации, а также дальнейшее совершенствование методов пространственно-временной селекции сигналов для уменьшения загрузки вычислительных устройств по-меховыми сигналами.

Каковы возможные способы уменьшения влияния пассивных помех на наблюдаемость радиолокационного сигнала?

В чем заключается принцип СДЦ?

В чем отличие систем СДЦ с внешней и внутренней когерентностью?

Для чего необходим когерентный гетеродин в когерентно-импульсных системах СДЦ?

Укажите условия появления «слепых» скоростей.

В чем недостаток однократной схемы ЧПК?

Каковы пути повышения эффективности систем СДЦ?

В чем достоинства цифровых фильтров подавления пассивных помех?

Как определить требуемое число разрядов при создании цифрового фильтра ЧПК?

Каким требованиям должны удовлетворять параметры основных узлов когерентно-импульсной системы СДЦ? Каково влияние флуктуаций амплитуды сигналов, а также собственной скорости РЛС на эффективность СДЦ? Укажите возможные способы адаптивной компенсации помех и их преимущества.

Определите значения «слепых» скоростей для РЛС с СДЦ, работающей на волне 3 см с периодом повторения импульсов 1 мс.