ОПТИМИЗАЦИЯ РАССТАНОВКИ КАНАЛОВ УСКОРЕНИЯ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ВЫСОКОМАНЕВРЕННЫХ ЦЕЛЕЙ

Козлов Дмитрий Николаевич

аспирант, РГРТУ, г. Рязань

E-mail: kozlovdmn@gmail.com

Возможности современных летательных аппаратов, особенно беспилотных, таковы, что радиальное ускорение при совершении маневров достигает больших значений. При длительном когерентном накоплении сигнала и совместном маневрировании носителя РЛС и облучаемой цели набег фазы за период повторения импульсов за счет ускорения  может изменяться в больших пределах, вследствие чего снижается вероятность правильного обнаружения. В связи с этим, в доплеровский обнаружитель вводится многоканальность по ускорению. Это, в свою очередь, приводит к увеличению вероятности ложных тревог всей системы пропорционально числу каналов по ускорению [2]. В случае обнаружения сигнала на фоне коррелированной помехи, равномерная расстановка каналов ускорения не является оптимальной с точки зрения потерь в пороговом отношении «сигнал/(помеха+шум)» (ПО). Следовательно, при обнаружении высокоманевренной цели на фоне коррелированной помехи (особенно, если носитель РЛС также двигается с большими ускорениями) требуется оптимизировать каналы по ускорению. Для такой оптимизации представленный в [1] алгоритм был модифицирован нижеописанным образом.

Выразим ПО q в m-м канале по ускорению и l-м канале по скорости через вероятность правильного обнаружения D, вероятность ложной тревоги F и коэффициент  улучшения отношения «сигнал/(помеха+шум)»: , где , L и M — число каналов по скорости и ускорению соответственно, — набег фазы за период повторения импульсов за счет скорости, , , — элементы матрицы , i — мнимая единица, N — число импульсов в пачке,  и – настройки l-го и m-го каналов скорости и ускорения соответственно, — корреляционная матрица смеси помехи и шума,  — элементы корреляционной матрицы сигнала . В качестве критерия расстановки каналов выберем критерий минимума потерь в ПО. При этом потери определяются как , где ,

 — априорная вероятность появления сигнала с набегами фаз  и ,  — ширина l-го канала скорости,  — ширина m-го канала ускорения;  — минимальное пороговое отношение, рассчитываемое для случая точной настройки каналов ускорения, где ,  определяется диапазоном изменения набега фаз за период повторения импульсов за счет ускорения.

Задаваясь допустимыми потерями , организуется итерационный алгоритм. На первом шаге выбирается один канал шириной равной диапазону возможных набегов фаз за счет ускорения. Вычисляется величина потерь , если она оказываются больше величины , то ширина канала уменьшается и вновь проверяется условие . Когда данное условие становится истинным, добавляется еще один канал, дополняющий предыдущий до . При этом ширина предыдущего канала должна быть предварительно скорректирована, так как при добавлении канала изменяется параметр , зависящий, как видно, от числа каналов по ускорению. Выполнение алгоритма завершается, при перекрытии всего диапазона .

На рисунках 1 — 3 представлены зависимости потерь в ПО от числа каналов скорости при равномерной (наклонная штриховка) и оптимальной (вертикальная штриховка) расстановках каналов ускорения в диапазоне . Оптимизация проводилась при равномерной расстановке каналов скорости в диапазоне , , , равномерном распределении  и , модели корреляционных элементов , где — нормированная к периоду повторения ширина спектра флюктуаций помех.

Приведенные результаты показывают, что при  оптимизация не обеспечивает меньшие, чем при равномерной расстановке каналов по ускорению, потери в ПО. Это связано с меньшим влиянием настройки каналов на величину , нежели эффективность подавления узкополосной помехи. При  оптимизация приводит к уменьшению  на 2..3 дБ.

Рисунок 1. Потери в ПО при ,

Рисунок 2. Потери в ПО при ,

Рисунок 3. Потери в ПО при ,

При расчетах вводилось ограничение на максимальное число каналов по ускорению, так как, наибольший выигрыш, по сравнению с равномерной расстановкой, оптимизация будет давать в том случае, когда допустимые потери таковы, что не требуется большого числа каналов по ускорению. При уменьшении  оптимизированная расстановка стремится к равномерной, что также наблюдается и при увеличении  до 1. Рост  при увеличении числа импульсов в пачке связан с большим размытием сигнала по каналам скорости, что в свою очередь приводит к большему влиянию неточной компенсации ускорения. В то же время рост  при увеличении числа каналов скорости и фиксированной длине пачки вызван тем, что при одном и том же значении  сигнал при большем L распределится, соответственно, по большему числу каналов скорости. В результате. на каждый из каналов будет приходиться меньшая часть мощности сигнала.

В таблице 1 приведена расстановка каналов по ускорению при , , . Видно, что происходит сужение каналов от центра к периферии, не считая первого канала, находящегося под наибольшим влиянием помехи. При большем набеге фаз, распределение сигнала по каналам скорости вызывает большие потери в ПО, что компенсируется более точной расстановкой каналов ускорения.

Таблица 1.

Расстановка каналов ускорения

В результате вышеописанной оптимизации появляется возможность при фиксированном значении  уменьшить число каналов, тем самым снизив вычислительные затраты по сравнению с равномерной расстановкой.

Таким образом, синтезирован алгоритм, позволяющий при заданных допустимых потерях в ПО и требованиях к характеристикам обнаружения оптимально выбрать расстановку каналов ускорения по возможному диапазону набегов фаз за счет ускорения, при обнаружении сигнала с неизвестной доплеровской частотой на фоне коррелированной помехи.

Список литературы:

1.        Бакулев П. А., Кошелев В. И., Гладких В. В. Оптимальное многоканальное обнаружение сигналов на фоне коррелированных помех // Изв. вузов. Радиоэлектроника.— 1987. — Т. 30. — № 4. — С. 4—7.

2.        Бакулев П. А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Радиотехника, 2007, 376 с., ил.