Устройство адаптивной защиты радиолокационной станции от активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к устройствам обработки и обнаружения сигнала на фоне активных шумовых помех с произвольной пространственно-поляризационной структурой. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения и уменьшение вычислительных затрат в случае отсутствия активных помех, действующих в боковые лепестки диаграммы направленности антенной системы. Изобретение основано на применении комбинированной пространственно-поляризационной обработки с факторизацией на отдельные виды обработки. Отличительной особенностью является добавление устройства усреднения и анализа и устройства управления пространственными адаптивными фильтрами после формирователей диаграмм направленности подканалов, что позволяет на основании анализа принятых электромагнитных колебаний в области угловых координат, соответствующих зоне боковых лепестков диаграммы направленности антенной системы, определить наличие или отсутствие в данной области активных помех и включать в обработку принятых сигналов пространственные адаптивные фильтры в случае, когда это необходимо – только при наличии помех. 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно - к радарным системам с защитой от активных преднамеренных радиопомех. Основной задачей приемной части радарных систем является принятие решения о наличии или отсутствии полезного сигнала от объекта в наблюдаемом входном процессе.

Поставленная задача решается за счет реализации в приемнике комбинированной пространственно-поляризационной обработки сигнала с одновременной оптимизацией распределения вычислительной мощности в зависимости от вида пространственного спектра мощности активных помех.

Достигаемый технический результат заключается в повышение эффективности обнаружения объектов на фоне активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой с учетом оптимального распределения вычислительных затрат. Возможность работы в реальном масштабе времени, получение более эффективного алгоритма обработки сигнала, требующего меньше вычислительных затрат, обуславливают высокую экономическую выгоду, которая может быть использована при внедрении в систему обработки радиолокационных сигналов.

В настоящее время способы обнаружения радиолокационного сигнала в условиях активных широкополосных помех с произвольной пространственно-поляризационной структурой основаны на расширении спектра и усложнении структуры излучаемого (зондирующего) сигнала, формировании узких ДН антенных устройств и адаптивной обработке с исключением приемы с пораженных помехами направлений. Последняя сводится в итоге к применению пространственной, временной, частотной и поляризационной видов обработки принятой антенным устройством сигнально-шумовой смеси с элементами их комбинирования [1]. Сложная сигнально-помеховая обстановка, характеризующаяся наличием помех как естественного, так искусственного происхождения требует оптимальной факторизации отдельных видов обработки для реализации их положительных свойств, подавления широкополосных помех и снижения эффекта деполяризации сигнала. С этой точки зрения особенно привлекательной является комбинированная пространственно-поляризационная обработка с факторизацией на отдельные виды обработки позволяющая отфильтровать полезный сигнал на фоне помех, когда отсутствуют априорные сведения об их углах прихода, степени широкополосности и поляризационных характеристиках. Однако в случае отсутствия помех действующих, например, в БЛ ДН антенной системы большой объем ресурса вычислительных мощностей цифрового вычислительного устройства расходуется не рационально, вхолостую. Так как наиболее ресурсоемкая пространственная обработка осуществляется в области пространственного спектра, где помехи отсутствуют, и необходимости в их подавлении не возникает. Отсюда можно сделать вывод о целесообразности включения пространственной составляющей комбинированной обработки только при наличии активных помех в данной области угловых координат.

Из предшествующих устройств известно устройство адаптивной компенсации активных шумовых помех [2] (аналог; декларационный патент №69127А. от 16.08.2004 г.). Схема работы устройства приведена на Фиг. 1,

где:

блок 1 - антенная система;

блок 2 - ортогонально поляризованные каналы;

блок 3 - пространственно разнесенные подканала ортогонально поляризованных каналов;

блок 4 - канальные сумматоры;

блок 5 - весовые усилители;

блок 6 - корреляторы;

блок 7 - сумматоры цепи обратной корреляционной связи;

блок 8 - формирователи напряжений;

блок 9 - общий сумматор устройства;

блок 10 - формирователи ДН подканалов;

блок 11 - дополнительный коррелятор;

блок 12 - дополнительный весовой усилитель;

Принцип действия устройства заключается в следующем: аддитивная смесь полезного сигнала и активной шумовой помехи одновременно поступает на два канала (блоки 2), которые отличаются поляризацией антенн (блок 1). Сигнал с выходов антенных элементов антенной системы (блок 1) поступают на формирователь ДН подканалов (блок 10), имеющей N входов и N выходов, при этом входы его подканалов подключены к выходам антенных элементов, а выходы - к входам подканалов (блоки 3).

Предварительный подбор коэффициентов усиления весовых усилителей формирователя ДН подканалов (блок 10) позволяет сформировать такое амплитудно-фазовое распределение сигналов на раскрытые антенны, для каждого подканала (блоки 3), что основной подканал имеет ДН со сформированным главным лепестком. Дополнительные подканалы благодаря соответствующему подбору коэффициентов усиления своих весовых усилителей имеют ДН с провалами в зоне, которая отвечает главному лепестку (ГЛ) основной ДН.

Таким образом, при приеме в пределах ГЛ основной антенны полезных сигналов и активных шумовых помех, которые совмещены по направлению, в дополнительных каналах полезный сигнал будет отсутствовать, что исключает компенсацию полезного сигнала в пространственном автокомпенсаторе и одновременно обеспечивает его поляризационную селекцию в общем сумматоре устройства (блок 9), который является частью поляризационного автокомпенсаторов.

Подканалы (блоки 3) и канальные сумматоры (блоки 4) образуют пространственный автокомпенсатор, в котором обеспечивается автокомпенсация активных шумовых помех и выделение полезных сигналов, действующих с различных направлений. Благодаря тому, что дополнительные подканала имеют провалы в ДН антенн в зоне ГЛ основной ДН, помеха и сигнал, которые действуют с одного направления, не компенсируются и проходят на выходы обоих каналов. Дополнительный весовой усилитель (блок 12), дополнительный коррелятор (блок 11) и общий сумматор устройства (блок 9) со своими связями образуют дополнительный (поляризационный), автокомпенсатор, в котором обеспечивается поляризационная селекция. Если полезный сигнал и активная помеха действуют с одного направления, но имеют разную поляризацию (что считается нормальным для естественной помеховой обстановки), то дополнительный автокомпенсатор настраивается на более мощную активную помеху и компенсирует ее по критерию минимума мощности на своем выходе. В случае различия в поляризационных параметрах помехи и сигнала они суммируется с учетом фаз, зависящим от поляризации сигнала, и в результате сигнал выделяется на выходе рассматриваемого устройства.

Таким образом применение рассматриваемого устройства (аналога) в составе радарных систем позволяет обеспечить селекцию сигнала в условиях воздействия активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой.

К недостаткам рассматриваемого устройства относится невозможность сформировать провалы в ДН компенсационных каналов в направлениях отличных от заранее установленных при изготовлении изделия, не предусмотрены способы эффективного подавления активных широкополосных помех в области БЛ ДН основного канала приема, для расчета весовых коэффициентов при решении уравнений Винера-Хопфа применяются рекуррентные алгоритмы, что определяет низкую вычислительную устойчивость и большой период сходимости, значительным влиянием эффекта деполяризации принятого отраженного от цели сигнала в сравнении с излученным на эффективность решения задачи обнаружения цели радарной системой, неоптимальная работа одноканального поляризационного автокомпенсатора в условиях деполяризации принятого отраженного от цели сигнала, нерациональное использование вычислительных мощностей при постоянном участии пространственных автокомпенсаторов в процессе комбинированной пространственно-поляризационной обработки.

Прототип. Наиболее интересна адаптивная система защиты корабельных радиолокационных станций обнаружения воздушных целей от активных шумовых помех с произвольной пространственно-поляризационной структурой (прототип; патент №78101 от 11.03.2013 г.). Схема работы устройства приведена на Фиг. 2,

блок 1 - антенная система;

блок 2 - ортогонально поляризованные каналы;

блок 3 - пространственно разнесенные подканалы;

блок 9 - общий сумматор устройства;

блок 10 - формирователи ДН подканалов;

блок 13 - элементы антенной системы, настроенные на прием вертикально поляризованных электромагнитных волн

блок 14 - элементы антенной системы, настроенные на прием горизонтально поляризованных электромагнитных волн

блок 15 - сумматоры;

блок 16 - диаграммообразующая схема (ДОС);

блок 17 - умножители на весовые коэффициенты ДОС;

блок 18 - устройство формирования диаграммы направленности компенсационных каналов (УФДНКК);

блок 19 - умножители на весовые коэффициенты УФДНКК;

блок 20 - пространственный адаптивный фильтр (ПрАФ);

блок 21 - трансверсальный фильтр ПрАФ;

блок 22 - элементы линии задержки на один период дискретизации;

блок 23 - умножители на весовые коэффициенты ПрАФ;

блок 24 - поляризационный адаптивный фильтр (ПлАФ);

блок 25 - умножители на весовые коэффициенты ПлАФ;

блок 26 - перемножители сигналов;

блок 27 - вычислитель значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку вертикально поляризованных электромагнитных колебаний;

блок 28 - вычислитель значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку горизонтально поляризованных электромагнитных колебаний

блок 29 - блок электронного сканирования ДН.

блок 30 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты УФДНКК;

блок 31 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПрАФ;

блок 32 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПлАФ;

Схема на Фиг. 2 приведенная для варианта построения:

- число элементов антенной решетки РЛС - N;

- число компенсационных каналов Nm=6;

- число направлений исключения устройства формирования ДН компенсационных каналов Ni=3;

- число каналов в линии задержки трансверсального фильтра - L.

Утолщенной стрелкой обозначенная шина данных, которые получены с несколько выходов блоков предлагаемой системы. Двойной стрелкой обозначена шина данных, полученных с несколько выходов блоков системы.

Антенная система (блок 1) выполненная на базе цифровой эквидистантной антенной решетки (ЦАР) с биортогональными изотропными элементами, компоненты которых настроены на прием вертикально и горизонтально поляризованных электромагнитных волн обеспечивает прием аддитивной смеси полезного сигнала и активных помех и разложение ее в ортогональном поляризационном базисе на вертикальную и горизонтальную составляющие, которые образуют два ортогонально поляризованных канала (блоки 2). Ортогонально поляризованные каналы (блоки 2) имеют одинаковую структуру и одинаковый алгоритм функционирования. Отличие заключается лишь в виде поляризации сигнала поступающего на вход соответствующего канала (вертикальная или горизонтальная составляющие ортогональный поляризационный базис).

ДОС (блок 16) из состава формирователя ДН подканалов (блок 10) обеспечивает: дискретизацию принятой реализации антенной системой (блок 1) по времени, синтез основных остронаправленных каналов приема с высоким коэффициентом направленного действия (КНД), электронное сканирование луча диаграммы направленности антенной системы (блок 1) и выделение компенсационных подканалов ДН которых перекрываются и имеют невысокое значение КНД. Электронное сканирования ДН осуществляется за счет весового взвешивания в умножителях на весовые коэффициенты ДОС (блоки 17) веса которых рассчитываются в блоке электронного сканирования ДН (блок 29).

Принцип действия данного устройства заключается в следующем: дискретизированная по времени реализация электромагнитных колебаний, принятая элементами ЦАР, выполняющими функции компенсационных подканалов поступает на вход ФДНКК (блок 18). На основании информации о направлении максимума ГЛ ДН основного канала приема в вычислительном устройстве для формировании управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты УФДНКК (блок 30) рассчитываются управляющие сигналы на подстройку весовых коэффициентов ФДНКК (блок 18), для обеспечения условий создания провалов в областях угловых координат, отвечающих ГЛ ДН соответствующих основных каналов приема сигналов. Следствием вышеуказанного, помехи, действующие в ГЛ ДН основных каналов приема в настройке весовых коэффициентов ПрАФ не участвуют, что соответствует условию факторизации пространственной и поляризационной обработок сигналов.

Структура и алгоритм работы ФДНКК (блок 18) определяется из реализации условия факторизации пространственной и поляризационной обработок сигналов для чего достаточно обеспечить условие формирования провалов ДН в нескольких направлений исключений из области ГЛ ДН в которых принудительно задать значение ДН равным 0. Исходя из данного ограничения формируются весовые коэффициенты ФДНКК. Расчеты показали, что достаточно задать три направления исключения, значение, одного из которых должно совпадать с направлением максимума ГЛ ДС основных каналов, а остальные два располагаться симметрично относительно него на угловом расстоянии 1-3°. Весовое взвешивание сигналов с выхода компенсационных подканалов соответствующих каналов пространственной обработки сигналов происходит в умножителях весовых коэффициентах ФДНКК (блок 19).

С выходов ФДНКК преобразованные дискреты сигнала поступают на вход трансверсального фильтра (блок 21). В вычислительном устройстве (блок 31) рассчитываются весовые коэффициенты ПрАФ (блок 25), весовое взвешивание осуществляется в умножителях на весовые коэффициенты ПрАФ (блок 23) пространственного адаптивного фильтра (блок 20). Весовые коэффициенты пространственных адаптивных фильтров рассчитываются путем решения уравнения Винера-Хопфа. Из нескольких снятых дискретов сигнала формируется обучающий пакет. Для непосредственного нахождения оценки обратной корреляционной матрицы, входящей в состав этого уравнения используется алгоритм модифицированному метода Грамма-Шмидта. С вычислительного устройства (блок 31) управляющие сигналы поступают на умножители на весовые коэффициенты ПрАФ (блок 23).

Применение в составе ПрАФ (блок 20) трансверсального фильтра (блок 21) состоящего из пространсвенно разнесенных подканалов (блоки 3) с элементами линий задержки (блоки 22) в своем составе позволяет осуществлять подавление широкополосных помех, действующих в области боковых лепестков ДН.

В ПрАФ (блоки 20) соответствующих ортогонально поляризованных каналов в сумматорах (блоки 15) сигналы компенсационных подканалов с учетом весовых коэффициентов суммируются с сигналами соответствующих основных каналов приема, что равнозначно формированию результирующей ДН с провалами в направлениях на источники помех. При этом полезный сигнал и помехи, действующие в ГЛ ДН ЦАР без искажений попадают для дальнейшей обработки в ПлАФ (блок 24).

В ПлАФ (блок 24) с использованием различий в поляризационных параметрах полезного сигнала и помех происходит селекция отраженного от цели сигнала на фоне активной шумовой помехи, направление на источник которой совпадает с направлением на цель на основе различий в их поляризационной структуре.

Весовые коэффициенты ПлАФ (блок 24) формируются в вычислительном устройстве для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПлАФ (блок 32) на основании значений сигналов с выходов ортогонально поляризованных каналов (блоки 2), а весовое взвешивание, осуществляется в перемножителях на весовые коэффициенты ПлАФ (блоки 25).

За счет применения двух компонент в составе ПлАФ которые имеют общие входы, причем в первой компоненте сигнал на выходе вертикального компенсационного канала суммируется с учетом весового коэффициента с сигналом на выходе компенсационного горизонтального канала, а во второй - наоборот достигается уменьшение влияния эффекта деполяризации принятого отраженного от цели сигнала в сравнении с излученным на эффективность решения задачи обнаружения цели радарной системой.

Вычислители значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку вертикально и горизонтально поляризованных электромагнитных колебаний (блоки 27, 28) совместно с перемножителями сигналов (блоки 26) осуществляют временную обработку сигнала.

В итоге на выходе общего сумматора устройства (блок 9) формируется значение достаточной статистики, которое в соответствии с выбранным критерием эффективности сравнивается порогом обнаружения. В результате сравнения принимается решение о наличии или отсутствия цели.

Таким образом применение рассматриваемого устройства (прототипа) в составе радарных систем позволяет обеспечить селекцию сигнала в условиях воздействия активных шумовых помех с произвольными пространственным и частотным спектрами, различной поляризационной структурой.

К недостаткам рассматриваемого устройства относится нерациональное использование вычислительных мощностей при постоянном участии пространственных адаптивных фильтров в процессе комбинированной пространственно-поляризационной обработки.

Предлагаемое устройство. Предлагаемое устройство адаптивной защиты радиолокационной станции от активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой, приведено на фиг.3, которое содержит:

блок 1 - антенная система;

блок 2 - ортогонально поляризованные каналы;

блок 3 - пространственно разнесенные подканалы;

блок 9 - общий сумматор устройства;

блок 10 - формирователи ДН подканалов;

блок 13 - элементы антенной системы, настроенные на прием вертикально поляризованных электромагнитных волн

блок 14 - элементы антенной системы, настроенные на прием горизонтально поляризованных электромагнитных волн

блок 15 - сумматоры;

блок 16 - ДОС;

блок 17 - умножители на весовые коэффициенты ДОС;

блок 18 - ФДНКК;

блок 19 - умножители на весовые коэффициенты ФДНКК;

блок 20 - ПрАФ;

блок 21 - трансверсальный фильтр ПрАФ;

блок 22 - элементы линии задержки на один период дискретизации;

блок 23 - умножители на весовые коэффициенты ПрАФ;

блок 24 - ПлАФ;

блок 25 - умножители на весовые коэффициенты ПлАФ;

блок 26 - перемножители сигналов;

блок 27 - вычислитель значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку вертикально поляризованных электромагнитных колебаний;

блок 28 - вычислитель значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку горизонтально поляризованных электромагнитных колебаний

блок 29 - блок электронного сканирования ДН.

блок 30 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты УФДНКК;

блок 31 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПрАФ;

блок 32 - вычислительное устройство для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПлАФ;

блок 33 - устройство усреднения и анализа;

блок 34 - устройство управления пространственными адаптивными фильтрами.

Схема на Фиг. 2 приведенная для варианта построения:

- число элементов антенной решетки РЛС - N;

- число компенсационных каналов Nm=6;

- число направлений исключения устройства формирования ДН компенсационных каналов Ni=3;

- число каналов в линии задержки трансверсального фильтра - L.

Утолщенной стрелкой обозначенная шина данных, которые получены с несколько выходов блоков предлагаемой системы. Двойной стрелкой обозначена шина данных, полученных с несколько выходов блоков системы.

Антенная система (блок 1) выполненная на базе цифровой эквидистантной антенной решетки (ЦАР) с биортогональными изотропными элементами, компоненты которых настроены на прием вертикально и горизонтально поляризованных электромагнитных волн обеспечивает прием аддитивной смеси полезного сигнала и активных помех и разложение ее в ортогональном поляризационном базисе на вертикальную и горизонтальную составляющие, которые образуют два ортогонально поляризованных канала (блоки 2). Ортогонально поляризованные каналы (блоки 2) имеют одинаковую структуру и одинаковый алгоритм функционирования. Отличие заключается лишь в виде поляризации сигнала поступающего на вход соответствующего канала (вертикальная или горизонтальная составляющие ортогональный поляризационный базис).

ДОС (блок 16) из состава формирователя ДН подканалов (блок 10) обеспечивает: дискретизацию принятой реализации антенной системой (блок 1) по времени, синтез основных остронаправленных каналов приема с высоким коэффициентом направленного действия (КНД), электронное сканирование луча диаграммы направленности антенной системы (блок 1) и выделение компенсационных подканалов ДН которых перекрываются и имеют невысокое значение КНД. Электронное сканирования ДН осуществляется за счет весового взвешивания в умножителях на весовые коэффициенты ДОС (блоки 17) веса которых рассчитываются в блоке электронного сканирования ДН (блок 29).

Принцип действия данного устройства заключается в следующем: дискретизированная по времени реализация электромагнитных колебаний, принятая элементами ЦАР, выполняющими функции компенсационных подканалов поступает на вход ФДНКК (блок 18). На основании информации о направлении максимума ГЛ ДН основного канала приема в вычислительном устройстве для формировании управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты УФДНКК (блок 30) рассчитываются управляющие сигналы на подстройку весовых коэффициентов ФДНКК (блок 18), для обеспечения условий создания провалов в областях угловых координат, отвечающих ГЛ ДН соответствующих основных каналов приема сигналов. Следствием вышеуказанного, помехи, действующие в ГЛ ДН основных каналов приема в настройке весовых коэффициентов ПрАФ не участвуют, что соответствует условию факторизации пространственной и поляризационной обработок сигналов.

Структура и алгоритм работы ФДНКК (блок 18) определяется из реализации условия факторизации пространственной и поляризационной обработок сигналов для чего достаточно обеспечить условие формирования провалов ДН в нескольких направлений исключений из области ГЛ ДН в которых принудительно задать значение ДН равным 0. Исходя из данного ограничения формируются весовые коэффициенты ФДНКК. Расчеты показали, что достаточно задать три направления исключения, значение, одного из которых должно совпадать с направлением максимума ГЛ ДС основных каналов, а остальные два располагаться симметрично относительно него на угловом расстоянии 1-3°. Весовое взвешивание сигналов с выхода компенсационных подканалов соответствующих каналов пространственной обработки сигналов происходит в умножителях весовых коэффициентах ФДНКК (блок 19).

С выходов ФДНКК преобразованные дискреты сигнала поступают на вход трансверсального фильтра (блок 21). В вычислительном устройстве (блок 31) рассчитываются весовые коэффициенты ПрАФ (блок 25), весовое взвешивание осуществляется в умножителях на весовые коэффициенты ПрАФ (блок 23) пространственного адаптивного фильтра (блок 20). Весовые коэффициенты пространственных адаптивных фильтров рассчитываются путем решения уравнения Винера-Хопфа. Из нескольких снятых дискретов сигнала формируется обучающий пакет. Для непосредственного нахождения оценки обратной корреляционной матрицы, входящей в состав этого уравнения используется алгоритм модифицированному метода Грамма-Шмидта. С вычислительного устройства (блок 31) управляющие сигналы поступают на умножители на весовые коэффициенты ПрАФ (блок 23).

Применение в составе ПрАФ (блок 20) трансверсального фильтра (блок 21) состоящего из пространсвенно разнесенных подканалов (блоки 3) с элементами линий задержки (блоки 22) в своем составе позволяет осуществлять подавление широкополосных помех, действующих в области боковых лепестков ДН.

В устройстве усреднения и анализа (блок 33) в результате анализа преобразованной в ФДНКК (блок 18) принятых элементами антенной системы (блок 1) электромагнитных колебаний, выполняющими функции компенсационных подканалов принимается решение о наличии - отсутствии помех в области БЛ ДН антенной системы (блок 1). Подключение входа устройства усреднения и анализа к выходам именно ФДНКК (блок 18) определяется тем, что ФДНКК (блок 18) является режективным фильтром по отношению к электромагнитным волнам принятым антенной системы в области ГЛ ДН. Поэтому с выхода ФДНКК (блок 18) снимаются преобразованные электромагнитные колебания принятые исключительно в анализируемой области БЛ ДН. Поэтому анализ проводится без дополнительных операций по выделению области пространственных координат БЛ ДН которые усложняют процесс анализа и требуют привлечения дополнительных вычислительных мощностей.

В устройстве усреднения и анализа (блок 33) осуществляется операция усреднения (пояснение процесса усреднения приведено на Фиг. 4) принятой энергии с направлениях соответствующих зоне БЛ ДН основного канала приема на выходе ФДНКК (блок 18).

где 2⋅Δθ - зона обзора радарной системы;

выражение для ДН антенного устройства;

I - единичная вектор-столбец размерностью

Q - матрица Q-фильтра размерностью

- вектор-столбец размерностью [N×1], принятой антенной системой (блок 1) ортогонально поляризованных каналов (блоки 2) реализации вертикального (горизонтального) канала обработки;

индексы v(h) показывают, что обработка ведется вертикально (горизонтально) поляризованных каналах (блоки 2);

В случае превышения установленного порогового уровня принимается решение о наличии помех в зоне БЛ ДН основного канала приема. Вследствие чего для их подавления вырабатывается сигнал управления на включение в процесс комбинированной обработки пространственных адаптивных фильтров.

Пороговое значение срабатывания определяется для помехи со случайными амплитудой и начальной фазой аналитически или графически задаваясь значениями вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги.

Аналитической способ основан на выражении зависимости вероятности правильного обнаружения D(q) от параметра обнаружения где Э - энергия принятой электромагнитной волны, N₀ - уровень внутреннего шума и вероятности ложной тревоги F[3]:

После несложных математических получим:

- находится для заданных (фиксированных) значений D и F.

Для того, чтобы воспользоваться графическим способом необходимо построить график на основании выражения (3) задавшись значением ложной тревоги F. Затем по заданному значению D(q) найти значение

Вычисленное по принятой реализации значение q сравнивается с установленным пороговым значение Если принимается решение о наличии помехи действующей в БЛ ДН основных каналов приема и подключаются пространственные адаптивные фильтры.

Если принимается решение об отсутствии помехи, тогда коэффициентам пространственных адаптивных фильтров (блоки 20) присваиваются значения равные единицы, а сами пространственные адаптивные фильтры (блоки 20) и вычислительные устройства для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПрАФ (блок 31) исключается из процесса обработки сигналов.

В ПрАФ (блоки 20) соответствующих ортогонально поляризованных каналов в сумматорах (блоки 15) сигналы компенсационных подканалов с учетом весовых коэффициентов суммируются с сигналами соответствующих основных каналов приема, что равнозначно формированию результирующей ДН с провалами в направлениях на источники помех. При этом полезный сигнал и помехи, действующие в ГЛ ДН ЦАР без искажений попадают для дальнейшей обработки в ПлАФ (блок 24).

В ПлАФ (блок 24) с использованием различий в поляризационных параметрах полезного сигнала и помех происходит селекция отраженного от цели сигнала на фоне активной шумовой помехи, направление на источник которой совпадает с направлением на цель на основе различий в их поляризационной структуре.

Весовые коэффициенты ПлАФ (блок 24) формируются в вычислительном устройстве для формирования управляющих сигналов, подстройки весовые коэффициенты ПлАФ (блок 32) на основании значений сигналов с выходов ортогонально поляризованных каналов (блоки 2), а весовое взвешивание, осуществляется в перемножителях на весовые коэффициенты ПлАФ (блоки 25).

За счет применения двух компонент в составе ПлАФ которые имеют общие входы, причем в первой компоненте сигнал на выходе вертикального компенсационного канала суммируется с учетом весового коэффициента с сигналом на выходе компенсационного горизонтального канала, а во второй - наоборот достигается уменьшение влияния эффекта деполяризации принятого отраженного от цели сигнала в сравнении с излученным на эффективность решения задачи обнаружения цели радарной системой.

Вычислители значений ожидаемого сигнала в канале обработке сигналов, настроенные на обработку вертикально и горизонтально поляризованных электромагнитных колебаний (блоки 27, 28) совместно с перемножителями сигналов (блоки 26) осуществляют временную обработку сигнала.

В итоге на выходе общего сумматора устройства (блок 9) формируется значение достаточной статистики, которое в соответствии с выбранным критерием эффективности сравнивается с порогом обнаружения. В результате сравнения принимается решение о наличии или отсутствия цели.

К описанию прилагаются три чертежа и один график:

Фиг. 1 - Аналог. Устройство адаптивной компенсации активных шумовых помех.

Фиг. 2 - Прототип. Адаптивная система защиты корабельных радиолокационных станций обнаружения воздушных целей от активных шумовых помех с произвольной пространственно-поляризационной структурой.

Фиг. 3 - Предлагаемое устройство. Устройство адаптивной защиты радиолокационной станции от активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой.

Фиг. 4 - Пояснение к операции усреднения принятой энергии в области боковых лепестков диаграммы направленности.

Повышение эффективности применения технического решения, которое заявляется, в сравнении с прототипом, заключается в том, что, предложенная система позволяет в случае отсутствия воздействия активной шумовой помехи в БЛ ДН антенной системы радарной системы значительно снизить расходуемые вычислительные мощности за счет исключения из процесса обработки сигналов следующих операций:

- обработка в трансверсальных фильтрах из состава ПрАФ;

- решение уравнений Винера-Хопфа;

- оценка обратной корреляционной матрицы.

Следует отметить, что последняя операция является самой емкой (около 30%) по требованию к вычислительным мощностям. Высвобожденные вычислительные мощности можно задействовать при решении других актуальных задач.

Таким образом применение предлагаемого устройства в составе радарных систем позволяет обеспечить селекцию сигнала в условиях воздействия активных шумовых помех с произвольными пространственным и частотным спектрами, различной поляризационной структурой с учетом выполнения требований по оптимальному распределению и сокращению потребляемых вычислительных мощностей.

Источники информации:

1. Григорьев В.А. Комбинированная обработка сигналов в системах радиосвязи / В.А. Григорьев. - М: Эко-трендз, 2000. - 264 с. pp.

2. Устройство адаптивной компенсации активных шумовых помех: Декларационный патент на изобретение №69127А. Украина, МПК 7G01S7/36 А.В. Головань - №20031211187; Заявл. 8.12.03; Опубл. 16.08.04, Бюл. №8. - 8 с - аналог.

3. Адаптивная система защиты корабельных радиолокационных станций обнаружения воздушных целей от активных шумовых помех с произвольной пространственно-поляризационной структурой: Патент на полезную модель № Украина, МПК G01S 7/36 (2006.01) А.В. Харланов. Ю.М. Поповнин - № U78101; Заявл. 15.08.2012; Опублик. 11.03.2013. Бюл. №.5 - с. - прототип.

Устройство адаптивной защиты радиолокационной станции от активных шумовых помех с произвольным пространственным спектром и различной поляризационной структурой, состоящее из: антенной системы с биортогональными элементами, компоненты которых настроены на прием вертикально и горизонтально поляризованных электромагнитных волн, на входы которых поступает входной сигнал, а выходы которых соединены с входами диаграммообразующих схем, у которых выходы элементов, выполняющие функции компенсационных каналов, соединены с входами устройства формирования диаграммы направленности компенсационных каналов, выходы которых соединены с входами пространственно разнесенных подканалов трансверсальных фильтров, выходы которых совместно с выходами диаграммообразующих схем, образующих синтезированные основные каналы приема ортогонально поляризованных каналов, соединены с входами сумматоров пространственных адаптивных фильтров ортогонально поляризованных каналов, выходы которых соединены с входами поляризационных адаптивных фильтров, выходы которых совместно с выходами вычислителей значений ожидаемого сигнала в соответствующих каналах обработки сигналов, настроенные на обработку вертикально (горизонтально) поляризованных электромагнитных колебаний, соединены с входами перемножителей сигналов, выходы которых соединены с входами общего сумматора устройства, отличающееся тем, что в целях повышения эффективности комбинированной обработки сигналов и уменьшения вычислительных затрат на ее осуществление выходы устройства формирования диаграмм направленности компенсационных каналов подключены к входу устройств усреднения и анализа, выходы которых соединены с входами устройств управления пространственными адаптивными фильтрами, выходы которых совместно с выходами устройств формирования диаграмм направленности компенсационных каналов соединены с входами вычислительного устройства для формирования управляющих сигналов подстройки весовых коэффициентов пространственных адаптивных фильтров, выходы которых соединены с входами умножителей на весовые коэффициенты пространственных адаптивных фильтров.