Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади

Реферат: Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади може бути використаний для підвищення завадозахищеності імпульсних радіолокаційних станцій (РЛС), що використовують пачкову вобуляцію частоти повторення зондуючих імпульсів в умовах дії комбінованих завад по головному або бокових пелюстках діаграми спрямованості антени (ДСА). Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади, за яким після часової фільтрації проводиться просторова (поляризаційна) фільтрація, при виконанні якої формування вагових коефіцієнтів виконується у межах поточної пачки по інформації фазових фільтрів, що найбільш віддалені від фазових фільтрів, що можуть містити пасивні завади. Для підвищення ефективності компенсації комбінованих завад на інтервалах дальності, еквівалентних часу адаптації вагових коефіцієнтів, використовується вибір інтервалу для формування вагових коефіцієнтів з найменшим рівнем пасивної завади, при цьому сформовані вагові коефіцієнти використовують для компенсації активної складової комбінованої завади в кожному фазовому фільтрі. UA 114213 C2 (12) UA 114213 C2 UA 114213 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади може бути використаний для підвищення завадозахищеності імпульсних радіолокаційних станцій (РЛС), що використовують пачкову вобуляцію частоти повторення зондуючих імпульсів в умовах дії комбінованих завад по головному або бокових пелюстках діаграми спрямованості антени (ДСА). Відомі способи просторово-часової або поляризаційно-часової фільтрації комбінованих завад, сутність яких полягає в тому, що на першому ступені фільтрації проводиться просторова або поляризаційна фільтрація, а на другому ступені - часова фільтрація. Просторова фільтрація забезпечує придушення активної складової комбінованої завади, що не співпадає з напрямом приходу корисного сигналу [1]. Поляризаційна фільтрація виділяє корисні сигнали з суміші прийнятих сигналів, що не співпадають по поляризації з корисним сигналом і може застосовуватись для придушення активних завад, які діють по головному променю ДСА [2]. Часова фільтрація дозволяє виділяти корисні сигнали на фоні комбінованих завад за допомогою швидкісної різниці, тобто, враховуючи ефект Допплера, виділяти корисні сигнали на фоні пасивної складової комбінованої завади за спектральними ознаками. Які пристрої просторової (поляризаційної) фільтрації використовують автокомпенсатори завад або адаптивні антенні решітки, як часові фільтри можуть використовуватись багатоканальні фазові фільтри. При застосуванні на першому ступені фільтрації просторового чи поляризаційного фільтра, а на другому ступені фільтрації часового фільтра, можливе ефективне придушення активної складової комбінованої завади. Але суттєвим недоліком такого способу фільтрації в когерентноімпульсній РЛС є зниження ефективності виділення корисних сигналів на фоні пасивної складової комбінованої завади на другому ступені фільтрації в часовому фільтрі. Це обумовлено тим, що при адаптації вагових коефіцієнтів автокомпенсатора на першому ступені фільтрації відбувається модуляція пасивної складової завади, яка прийнята компенсаційним каналом. Така модуляція призводить до спотворення спектрів сигналів на виході автокомпенсатора і, як наслідок, до зниження ефективності виділення корисних сигналів на фоні пасивної складової комбінованої завади. Найбільш близьким за суттю та результатом, є спосіб компенсації активної складової комбінованих завад [3], при якому на першому етапі фільтрації проводиться часова, а на другому етапі просторова або поляризаційна фільтрація. При цьому формування вагового коефіцієнта відбувається у межах поточної частотної пачки по інформації фазових фільтрів основного і компенсаційного каналів, які найдальше відстоять від фазових фільтрів з мінімальними та максимальними фазовими зсувами, а компенсація активної складової комбінованої завади в межах частотної пачки виконується з використанням адаптивних вагових коефіцієнтів, що були сформовані в тій же самій частотній пачці. Недоліком цього способу компенсації є низька ефективність придушення активної шумової завади за рахунок впливу пасивної складової комбінованої завади на формування вагових коефіцієнтів просторового або поляризаційного фільтра. Це обумовлено відносно високою вірогідністю присутності пасивної завади у фазових фільтрах основного і компенсаційного каналів з номером N/2 (де N - кількість фазових фільтрів), в якому накопичуються сигнали з міжперіодною різницею фази, що дорівнює 180 градусам. Дійсно, враховуючи функціональний зв'язок між частотою Допплера Fд та радіальною складовою швидкості Vr пасивної завади 2V Fд  r  , де  - довжина хвилі, при  =10 см і, наприклад, при Vr=20 м/с, частота Fд дорівнює 400 Гц, що може складати половину частоти повторення F/2 зондуючих сигналів радіолокаційної станції. При цьому, пасивна завада може знаходитися в фільтрі з номером N/2, який відповідає частоті F/2, що підтверджується фіг. 1, наведеною в прототипі, з урахуванням наведених розрахунків (на фіг. 1 заштрихована область відповідає більш ймовірним значенням допплерівських частот пасивних завад). В реальних умовах допплерівський зсув частоти пасивної завади може сягати і більших значень ніж F/2. Це підтверджується також результатами реєстрації пасивних завад в реальних умовах функціонування РЛС. Крім цього, обмежуючим фактором приглушення активної шумової завади є міжфільтрове "просочування" пасивної завади через бічні пелюстки суміжних фільтрів. Так, наприклад, при узгодженій фільтрації рівень першої бічної пелюстки фільтра складає ~13 ДБ. Задачею, яка поставлена при створенні способу, що пропонується, є підвищення ефективності компенсації комбінованих завад за рахунок використання як спектральних, так і часових відмінностей в структурі активних та пасивних завад. Поставлена задача вирішується тим, що в способі компенсації комбінованих завад для імпульсних РЛС з пачковою вобуляцією зондуючих імпульсів після часової фільтрації на 1 UA 114213 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інтервалах дальності, еквівалентних часу самонастроювання вагового коефіцієнта, на виходах фазових фільтрів з номером N/2, додатково проводиться вибір інтервалу з максимальним значенням коефіцієнта взаємної кореляції для формування вагових коефіцієнтів автокомпенсатора. При цьому формування вагових коефіцієнтів для компенсації активної складової комбінованої завади виконується в поточній частотній пачці на інтервалі дальності з найменшим впливом пасивної завади. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом полягає в тому, що процедура адаптації вагових коефіцієнтів просторового або поляризаційного фільтра виконується на інтервалі дальності, в якому пасивна завада або відсутня, або має найменший рівень в межах поточної частотної пачки. Вибір інтервалу дальності (часу) для адаптації вагового коефіцієнта з найменшим рівнем пасивної завади в межах поточної частотної пачки по інформації фазових фільтрів основного і компенсаційного каналів, які найдальше відстоять від фазових фільтрів з мінімальними та максимальними фазовими зсувами (що безпосередньо показано на фіг. 1), надає можливість використати як часові, так і спектральні відмінності в структурі комбінованої завади. Це забезпечує суттєве зменшення впливу пасивної завади на процесі компенсації активної складової комбінованої завади. Можливість вибору інтервалу дальності, на якому пасивна завада відсутня, обумовлена суттєвою нестаціонарністю віддзеркальних зондуючих сигналів як від гідрометеорів [4], так і від навмисних завад [5]. Для пояснення способу, що пропонується, на фіг. 1-4 наведено: на фіг. 1 - спектри пасивних завад на допплерівській осі частот; на фіг. 1 - структурна схема системи завадозахисту РЛС; на фіг. 3 епюри сигналів на виході обчислювача коефіцієнтів кореляції; на фіг. 4 - епюри сигналів на виході пристрою вибору максимума. Суть способу, що заявляється, може бути детально пояснена на прикладі системи завадозахисту РЛС, що використовує пачкову вобуляцію частоти повторення зондуючих імпульсів. Структурна схема системи завадозахисту, в якій реалізовано запропонований спосіб, зображена на фіг. 2. До складу системи завадозахисту входять пристрої часової фільтрації 1 та 2 основного та компенсаційного каналів прийому, адаптивний формувач вагових коефіцієнтів 3, обчислювач коефіцієнтів кореляції 4, пристрої пам'яті основного 5 та компенсаційного 6 каналів, лінії затримки вагових коефіцієнтів 7 та коефіцієнтів кореляції 8, пристрій вибору максимума 9, N помножувачів 10, N суматорів 11, комутатор 12, пристрій некогерентної обробки 13 та пристрій синхронізації 14. Вихід кожного з N фазових фільтрів пристрою часової фільтрації 1 основного каналу підключений через пристрій пам'яті 5 до одного з входів N суматорів 11, відповідно до номеру фазового фільтра. N виходів фазових фільтрів пристрою часової фільтрації 2 компенсаційного каналу підключені через пристрій пам'яті 6 до одного з входів відповідних N помножувачів 10. До одного з входів адаптивного формувача вагових коефіцієнтів 3 та обчислювача коефіцієнтів кореляції 4 підключений вихід фазового фільтра з номером N/2 пристрою часової фільтрації 1. До другого входу адаптивного формувача вагових коефіцієнтів 3 та до послідовно з'єднаних обчислювача коефіцієнтів кореляції 4, лінії затримки коефіцієнтів кореляції 8 та пристрою вибору максимуму 9 підключений вихід фазового фільтра з номером N/2 пристрою часової фільтрації 2. Вихід адаптивного формувача вагових коефіцієнтів 3 підключений до лінії затримки вагових коефіцієнтів 7, 1…, n, відводів якої під'єднано до комутатора 12. Вихід комутатора 12 підключено до других входів N помножувачів 10, виходи яких під'єднано до других входів відповідних суматорів 11. При цьому вихід пристрою вибору максимума 9 підключено до управляючого входу комутатора 12, а виходи суматорів 11 з'єднано з N входами пристрою некогерентної обробки 13. Система завадозахисту, у якій застосовано спосіб, що заявляється, працює наступним чином. В процесі роботи системи завадозахисту з приймачів основного та компенсаційного каналів РЛС на входи пристроїв часової фільтрації основного 1 та компенсаційного 2 каналів надходять сигнали, що були відбиті від аеродинамічних цілей, заважаючих об'єктів (пасивних завад), та шумові завади, які можуть випромінюватись спеціальними пристроями. За допомогою пристроїв часової фільтрації 1 та 2 відбувається когерентне накопичення та розподілення по фазовим фільтрам суміші прийнятих сигналів та завад. Часова фільтрація може бути виконана за допомогою процедури дискретного перетворення Фур'є з когерентним накопиченням сигналів у кожному фільтровому каналі. Розподіленні по фазовим фільтрам сигнали основного 1 та компенсаційного 2 каналу надходять до пристроїв пам'яті основного 5 та компенсаційного 6 каналів, де затримуються на час вибору інтервалу дальності з мінімальним рівнем пасивної завади та розрахунку вагового коефіцієнта в 2 UA 114213 C2 5 10 15 20 25 адаптивному формувачі вагового коефіцієнта 3 для того, щоб розраховані вагові коефіцієнти були використані для компенсації завади в тій же самій частотній пачці. В процесі просторової чи поляризаційної фільтрації вагові коефіцієнти обраховуються для компенсації активної складової комбінованої завади для кожної частотної пачки. При обчисленні вагових коефіцієнтів у пристрої адаптивного формування вагового коефіцієнта 3 використовується інформація фазових фільтрів основного і компенсаційних каналів, в яких вірогідність появи пасивної завади відносно мала. Таким фазовим фільтром є фільтр з номером N/2. Як показують наведені на другій сторінці заявки розрахунки за високої радіальної складової швидкості гідрометеорів частота Допплера віддзеркалень від них може бути досить високою і дорівнювати половині частоти повторення зондуючих сигналів РЛС. При цьому вся енергія пасивної завади потрапляє в фазовий фільтр з номером N/2. У цьому випадку при реалізації способу, що пропонується, система завадозахисту може забезпечити високу якість компенсації активної складової комбінованої завади. Це досягається поточним аналізом розподілу рівня пасивної завади, яка є нестаціонарним по дальності процесом, як це показано фіг. 3. Такий аналіз розподілу рівня пасивної завади реалізується шляхом поточного оцінювання модуля міжканального коефіцієнта кореляції комбінованої завади на інтервалах дальності, еквівалентних інтервалам самонастроювання вагових коефіцієнтів. Це пояснюється тим, що при одночасній дії активної і пасивної завади остання внаслідок просторового спектра віддзеркалених від гідрометеорів сигналів декорелює активну заваду, яка є точковим джерелом випромінювання [6]. Аналіз розподілу рівня пасивної завади по дальності та вибір інтервалу з найменшим рівнем пасивної завади для адаптації вагових коефіцієнтів (див. фіг. 4) здійснюється додатково введеними в систему завадозахисту обчислювачем коефіцієнтів кореляції 4, лінією затримки коефіцієнтів кореляції 8 та пристроєм вибору максимуму 9. На фіг. 3 та 4 наведені епюри сигналів, які формуються на виходах обчислювача коефіцієнта кореляції 4 та пристрою вибору максимуму 9, відповідно. При цьому обчислення модуля міжканального коефіцієнта кореляції  i здійснюється методом "ковзаючого вікна" на інтервалах з m дискретів дальності за формулою  i    U0U*   U 2  U 2 , 30 35   де U0 та U - комплексні амплітуди завад на виходах фазових фільтрів з номером N/2 основного та компенсаційного каналів, відповідно; знак усереднення.  Синхронно з оцінюванням міжканального коефіцієнта кореляції i на тих же інтервалах  здійснюється обрахування вагових коефіцієнтів Wi адаптивним обчислювачем вагових коефіцієнтів 3, які затримуються лінією затримки вагових коефіцієнтів 7. Обчислення вагових коефіцієнтів здійснюється за формулою   U U*  Wi 0  2 U 40 45 50 . Після відповідних обчислень і вибору інтервалу з найменшим рівнем пасивної завади, що виконується пристроєм вибору максимуму 9, комутатор 12 підключає відповідний відвід лінії затримки вагових коефіцієнтів до других входів помножувачів 10. При цьому пристрій синхронізації 14 переводить пристрої пам'яті основного 5 та компенсаційного 6 каналів в режим лінійної передачі інформації фазових фільтрів. На перші входи суматорів 11 надходять сигнали з пристрою пам'яті 5 основного каналу безпосередньо, а на другі входи суматорів надходять результати множення на ваговий коефіцієнт сигналів з пристрою пам'яті 6 компенсаційного каналу. На виходах суматорів 11 активна складова комбінованої завади компенсується, а корисні сигнали та пасивні завади надходять на пристрій некогерентної обробки 13 для виявлення корисних сигналів на фоні пасивних завад. Джерела інформації: 1. Пат. 3881177 США, МПК G01S 7/36 Frequency agile-baseband sidelobe canceller Joseph F. Len Skaneateles, Peter M. Rankin, Syracuse, both of N.Y.; Assignee: The United States of America 3 UA 114213 C2 5 10 15 as represented by the Secretary of the Army. Washin tm, D.C.; Filed: Mar. 12, 1974; published: April 29, 1975. http://patentimages.storage.googleapis.com/pdfs/US3881177.pdf. 2. Пат. 25805 Україна, МПК G01S 7/36. Пристрій захисту від завад [Електронний ресурс] / Д.М. Піза, М.Т. Томачинський; заявник і патентовласник Казенне підприємство "Наукововиробничий комплекс "Іскра". - U200703232; заявл. 26.03.2007; опубл. 20.08.2007, Бюл. № 13. Режим доступу: http://uapatents.com/4-25805-pristrijj-zakhistu-vid-zavad.html. 3. Пат. 48705 Україна, МПК G01S 7/36 Н04В 15/00. Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади [Текст] /Кононович В.Я., Кукольницький А.П., Залевський О.П., Каспирович О.Г.; Майстер Ю.Л., Денека А.А.; Казенне підприємство "Науково-виробничий комплекс "Іскра". № U200911296; Заявл. 2009.11.06; Опубл. 2010.03.25, Бюл. №6, 2010 р. - 4 с. 4. Атлас облаков / Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Гл. геофиз. обсерватория им. А.И. Воейкова; [Д.П. Беспалов и др.; ред.: Л.К. Сурыгина]. Санкт-Петербург: Д'АРТ, 2011. - 248 с. 5. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. [Текст] / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. - 512 с. 6. Монзинго Р.Α., Миллер Т.У. [Текст] / Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер //, Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб компенсації активної складової комбінованої завади імпульсних РЛС з пачковою вобуляцією зондуючих імпульсів, за яким після часової фільтрації проводиться просторова (поляризаційна) фільтрація, при виконанні якої формування вагових коефіцієнтів виконується у межах поточної пачки по інформації фазових фільтрів, що найбільш віддалені від фазових фільтрів, що можуть містити спектри пасивних завад, який відрізняється тим, що на інтервалах дальності, еквівалентних часу адаптації вагових коефіцієнтів, використовується вибір інтервалу для формування вагових коефіцієнтів з найменшим рівнем пасивної завади, при цьому сформовані вагові коефіцієнти використовують для компенсації активної складової комбінованої завади в кожному фазовому фільтрі. 4 UA 114213 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5