§ 4.13. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе анализа систем обнаружения когерентных радиолокационных сигналов на фоне шумов и разного рода активных и пассивных помех обсуждению подвергались в основном три вида проблем, имеющих большое практическое значение: выбор зондирующего сигнала, выбор способа обработки отраженного сигнала и количественная оценка качества работы различных систем обнаружения, которая сводилась к расчету порогового отношения сигнал/шум или сигнал/помеха, соответствующего заданным вероятностям правильного обнаружения и ложной тревоги. Этих трех видов проблем мы и коснемся еще раз в данном заключении.

Начнем со способов обработки принятого сигнала. Как показал анализ, оптимальные способы обработки существенно зависят от свойств отраженного сигнала и вида помехи, воздействующей на радиолокатор. При практическом построениии радиолокатора естественно, как нам кажется, принять за основу способ обработки, достаточно близкий к оптимальному способу обнаружения сигнала в шуме, дополняя и частично видоизменяя его в процессе работы в зависимости от вида помехи. При этом в состав радиолокационного приемного устройства, работающего без участия оператора, должен входить индикатор, определяющий по характеру принятого сигнала вид помехи и управляющий изменением характера обработки.

В большинстве случаев можно указать ряд признаков, по которым характер воздействующей помехи может быть определен достаточно точно. Отличительной особенностью шумовой помехи, например, является ее широкополосность и то, что она на все приемные каналы, расстроенные по дальности, воздействует одинаково. Можно специально включать в состав приемника дополнительный канал, настроенный на дальность, где

появление цели исключено, и использовать этот канал в качестве индикатора шумовой помехи. Для индикации пассивной помехи в большом числе случаев также можно использовать ее большую протяженность (по сравнению с целью).

Для обнаружения в шумах в современных радиолокаторах, использующих присущую когерентному сигналу разрешающую способность но скорости, представляется необходимым применять многоканальные системы обнаружения. Отдельные каналы должны быть расстроены по дальности и по скорости на величину порядка разрешающей способности по этим параметрам и должны перекрывать априорные интервалы дальностей и скоростей обнаруживаемых целей. Отдельные элементы каналов могут объединяться. Этот вопрос весьма подробно обсуждался в § 4.5. В каждом канале должно производиться умножение принятого сигнала на ожидаемый сигнал (либо стробирование выхода укорачивающего фильтра, который можй быть общим для всех каналов), узкополосная фильтрация, детектирование и, если отраженный сигнал флюктуирует быстро, некогерентное накопление за время наблюдения.

При наличии пассивных помех, если помеха широкополосная и спектр модуляции спадает достаточно быстро, может быть с успехом использована описанная система обнаружения на фоне шумов. В этом случае когерентное накопление, осуществляемое в узкополосном фильтре обеспечивает почти такое же подавление помехи, как и соответствующая оптимальная обработка.

В случае узкополосной помехи для ее подавления может быть использована система череспериодного вычитания. При соответствующем выборе кратности и величины ослабления в цепи задержки и при когерентном накоплении сигнала после вычитания такая система, как показал анализ, в целом ряде случаев близка к оптимальной. Чтобы не прибегать к изменению характера обработки при появлении пассивных помех, можно использовать увеличение времени просмотра направлений, занятых помехой. Такой способ может дать хороший результат, когда угловые размеры помехи малы по сравнению с шириной сектора обзора.

Использование специального способа обработки

принятого сигнала [когерентной компенсации помехи (§ 4.9)] представляется неизбежным в случае точечной помехи с предполагаемым расстоянием от цели, меньшим интервала разрешения по дальности. Обработка такого вида может быть осуществлена путем умножения принятого сигнала на опорный сигнал, равный разности между ожидаемым сигналом от цели и сигналом от помехи, взятым с соответствующим коэффициентом, либо путем соответствующего вычитания значений выходного напряжения укорачивающего фильтра.

Перейдем к вопросу о выборе зондирующего сигнала. Здесь речь может идти о числе используемых несущих частот, законе модуляции на каждой из рабочих частот и о ширине спектра модуляции, определяющей разрешающую способность по дальности.

Как показал анализ, одновременное использование нескольких рабочих частот, разнесенные друг от друга достаточно далеко, чтобы соответствующие отраженные сигналы были статистически независимыми, позволяет существенно увеличить дальность обнаружения медленно флюктуирующей цели и при соответствующем выборе частот обеспечить надежную селекцию на фоне пассивной помехи в заданном диапазоне скоростей. Если сигнал от цели флюктуирует быстро, то дальность действия с увеличением числа рабочих частот уже не возрастает, и с этой точки зрения многочастотная работа становится нецелесообразной.

Закон модуляции зондирующего сигнала с точки зрения задачи обнаружения единственной цели на фоне шума не имеет значения. Влияние этого закона начинает сказываться лишь тогда, когда необходимо различить несколько сигналов, которыми могут быть сигналы от нескольких дел ей, сигналы от цели и пассивной помехи или сигнал от цели и активная помеха.

Результаты § 4.10 показывают, что наилучшая селекция цели по скорости обеспечивается при использовании сигнала с линейчатым спектром, причем, если это свойство желательно сочетать с высокой разрещающей способностью по дальности, число спектральных линий необходимо увеличивать. Такие свойства зондирующего сигнала легче всего получить, используя периодический сигнал с внутрипериодной (модуляцией, обеспечивающей хорошее разрешение по дальности (например,

импульсный сигнал либо непрерывный сигнал с фазокодовой манипуляцией). Для устранения неоднозначности по дальности и скорости, присущей периодическому сигналу, в тех случаях, когда этой неоднозначнбсти не удается избежать выбором частоты повторения, можно использовать изменение частоты повторения в процессе работы либо сочетание нескольких частотных каналов с различными частотами повторения (п. 4.10.3).

Ширина спектра внутрипериодной модуляции определяет протяженность интервала разрешения по дальности. Как показало обсуждение в п. 4.10.4, с точки зрения надежности обнаружения цели на фоне шумов и пассивных помех интервал разрешения целесообразно уменьшать лишь до тех пор, пока он не станет меньше размеров цели.

В некоторых радиолокационных станциях может оказаться целесообразным изменять разрешающую способность по дальности в процессе работы. Увеличение разрешающей способности после захвата по углам и скорости может быть использовано для уменьшения числа каналов системы обнаружения (§ 4.5).

Сравнительный анализ различных видов сигналов и способов их обработки, результаты которого были кратко перечислены выше, возможен лишь с использованием их количественных характеристик. В этой "главе было получено большое число соотношений, определяющих вид характеристик обнаружения и позволяющих найти вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги и величину порогового отношения сигнал/шум или сигнал/помеха, соответствующую выбранным вероятностям. Многие формулы для порогового отношения сигнал/шум (сигнал/помеха) являются достаточно простыми и могут быть использованы при инженерных расчетах.

Следует отметить, что при анализе и синтезе систем обнаружения мы рассматривали в основном два крайних случая — быстрые и медленные флюктуации отраженного сигнала. Для промежуточного случая полученные соотношения не были конкретизированы из-за существенных вычислительных трудностей. Результаты для этого случая, относящиеся к синтезу оптимальных систем, не представляют, по нашему мнению, существенного практического интереса (эти системы очень

сложны и едва ли будут применяться, тем более что, по-видимому, дают малый выигрыш по сравнению с обычно используемыми устройствами), чего нельзя сказать о характеристиках обнаружения.

Задача определения характеристик обнаружения в промежуточном между быстрыми и медленными флюктуациями случае очень часто возникает на практике, и решение ее, кроме того, позволило бы, наконец, установить, где кончаются медленные и где начинаются быстрые флюктуации. На графиках, иллюстрирующих характер зависимости порогового отношения сигнал/шум (сигнал/помеха) от ширины спектра флюктуаций сигнала, соответствующие участки кривых были построены интерполяцией. Для целого ряда задач достигаемая таким образом точность является, по-видимому, достаточной. Тем не менее точный расчет характеристик обнаружения на этом участке изменения хотя бы для частного случая представляет существенный интерес и является актуальной задачей.

Можно указать и ряд других вопросов, относящихся к обнаружению когерентного сигнала, не получивших достаточно полного отражения в данной главе. В частности, сюда относится задача синтеза оптимальной системы обнаружения, рассчитанной на совокупность помех, могущих действовать совместно или раздельно. Как уже отмечалось, такая система должна обладать свойствами самонастройки и включать в себя индикатор помех, управляющий изменением характера обработки сигнала и, возможно, изменением свойств зондирующего сигнала. Эта задача является очень большой и сложной. В настоящее время для нее отсутствует, пожалуй, даже достаточно четкая математическая постановка.

Другая задача связана с выбором формы зондирующего сигнала. В § 4.10 было показано, что сигнал, обеспечивающей хорошую селекцию цели по скорости на фоне - пассивных помех, должен обладать линейчатым спектром. В то же время это свойство желательно сочетать с высокой разрешающей способностью по дальности. Сочетание этих свойств имеет место в периодическом сигнале, который обладает, однако, высокой неоднозначностью по дальности и скорости. Отсюда возникает вопрос, нельзя ли сформировать сигнал с линейчатым спектром и высокой разрешающей способностью по

дальности, в котором недостатки периодического сигнала были хотя бы частично ослаблены. Решение этой задачи явилось бы, как нам кажется, важным вкладом в теорию радиолокационных сигналов.

Важной проблемой для исследования является также задача обнаружения флюктуирующего когерентного сигнала при переменном времени наблюдения, зависящем от принимаемой реализации, и при использовании многоканальной системы обнаружения. Особенный интерес, по нашему мнению, представляет решение этой задачи с учетом возможного наличия активных и пассивных помех.

И, наконец, целый ряд задач возникает в связи с оптимизацией обзора и поиска. Перечисление этих задач уже давалось в гл. 3 (§ 3.8 и 3.9). Заметим только, что рассмотренные в § 4.7 частные вопросы, относящиеся к этой проблеме, указывают на перспективность исследований в этой области.