Публікація: Теорія і техніка захисту РЛС з плоскими ФАР від маскувальних шумових, пасивних і комбінованих завад на основі адаптивних решітчастих фільтрів
Завантаження...
Дата
2020
Автори
Назва журналу
ISSN журналу
Назва тома
Видавництво
ХНУРЕ
Анотація
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми високоефективного й швидкодіючого адаптивного захисту РЛС з плоскими ФАР від маскувальних шумових, пасивних і комбінованих завад на основі адаптивних решітчастих фільтрів, що забезпечує практичну реалізованість розроблених алгоритмів і структур в РЛС різного призначення та діапазонів хвиль на сучасній цифровій елементній базі. Розвинуто теорію адаптивних решітчастих фільтрів (АРФ) і розширено їхні можливості як єдиної структурно-алгоритмічної основи адаптивних систем захисту 40 РЛС з плоскими ФАР від шумових, пасивних і комбінованих завад підвищеної ефективності для їхньої практичної реалізації у вітчизняні перспективні РЛС та РЛС, що модернізуються. Розроблено структуру й алгоритм роботи адаптивної системи одночасного захисту декількох основних (інформаційних) каналів РЛС з ФАР від шумових завад, створюваних декількома джерелами, і створено відповідний дослідний зразок на основі одного 15-входового 13-ступеневого паралельного АРФ із використанням програмувальної логічної інтегральної схеми, що дозволяє забезпечити захист РЛС від дії 1–12 джерел шумових завад. Обґрунтовано практичні рекомендації з побудови спільної системи компенсаційних каналів для захисту сукупності основних каналів РЛС з плоскими ФАР від шумових завад із ідентичними і неідентичними характеристиками приймальних каналів. Досліджено особливості вимірювання кутових параметрів сигналів на фоні шумових завад, коли кутовий параметр сигналу набуває енергетичний характер. Для зменшення систематичної похибки вимірювання кутового параметра сигналу рекомендовано застосовувати метод контрольного сигналу. Розроблено структуру адаптивної системи захисту РЛС різного діапазону хвиль від пасивних завад на основі АРФ із стрічково-діагонально регуляризованою матричною імпульсною характеристикою та із пачковим тьоплицевим або рекурентним комбінованим 4k ранговим алгоритмом його настроювання залежно від того, постійний або вобульований інтервал зондування використовується в РЛС, і створено дослідний зразок такої цифрової адаптивної системи на основі п'ятиступеневого послідовного АРФ і на базі високошвидкісного восьмиядерного цифрового сигнального процесору. На моделі типової наземної РЛС виявлення, що працює в імпульсно-доплерівському режимі із середньою частотою зондування або когерентно-імпульсному режимі з низькою частотою зондування проведено математичне моделювання й отримано порівняльні кількісні оцінки їх ефективності за різних співвідношень між часовою довжиною області джерел пасивних завад і інтервалами зондування імпульсів пачки. Проведено порівняльну оцінку граничних можливостей систем сумісної (оптимальної), роздільної (послідовної) і комбінованої (на основі послідовних) просторово-часової обробки сигналів (ПЧОС) на фоні комбінованих (суміші шумових і пасивних) завад. В умовах комбінованих завад роздільні системи ПЧОС неоптимальні, що призводить до великих втрат ефективності порівняно з оптимальною сумісною ПЧОС. Втрати залежать від рівня "чужої" завади в першому ступені обробки, а також від радіальної швидкості руху цілі й напрямку візування. Проведено аналіз впливу флуктуацій оцінки просторового вагового вектора (ПВВ) послідовної ПЧОС і "некласифікованості" навчаючої вибірки на якість заглушення пасивних завад, а також оцінено припустимий інтервал фіксації ПВВ.
Для усунення істотних недоліків роздільної ПЧОС запропоновано перейти до адаптивної сумісної просторово-часової обробки. У такій системі вхідна вибірка суміші шумових і пасивних завад є й навчаючою, тому відпадає необхідність пошуку класифікованих вибірок шумових і пасивних завад і запам'ятовуванняоцінки вагового вектора просторової обробки.
Розроблено паралельно-послідовну систему сумісної ПЧОС на основі синтезованого двовимірного АРФ, складовими якої є матричні елементарні решітчасті фільтри. Результати математичного моделювання, показали, що при відносно невеликій кількості просторових каналів ефективність розробленої паралельно-послідовної сумісної системи ПЧОС і відносно невеликому об'ємі навчаючої вибірки комбінованих завад наближається до потенціалу.
The thesis is devoted to the solution of actual problem of high-efficient and high-performance adaptive masking noise jamming, clutter, and combined interference protection for the planar phased array radar, based on adaptive lattice filters, which, using a modern digital element base, provides practical implementation of the developed algorithms and structures in different purpose and different wave radars.
The adaptive lattice filters (ALF) theory is developed and the ALF capabilities are extended as of a single structural and algorithmic basis for systems of adaptive planar phased array radar protection of increased efficiency against noise jamming, clutter, and combined interference for their practical implementation in domestic perspective radars and radars under modernization.
There are developed a structure and operation algorithm for the adaptive system of simultaneous protection of several main (information) channels of phased array radar against noise jamming being created by several sources. The appropriate exploratory model is created, based on a single 15-input 13-stage parallel ALF using the field programmable gate array (FPGA), that provides the possibility of radar protection against the action of 1–12 noise jammers.
There are substantiated practical recommendations on building a common system of compensation channels for the planar phased array radar in order to protect the aggregate of its main channels against noise jamming at identical and non-identical characteristics of receive channels.
Peculiarities of angular parameter measurements for signals embedded in noise jamming are investigated for the case when the signal angular parameter takes on the energy character. To reduce the systematic error of measuring the angular parameter of the signal, it is recommended to use the control signal method.
A structure of the different wave radar adaptive clutter protection system is developed, based on the ALF having strip-diagonal regularized matrix pulse characteristics and either the train Toeplitz algorithm or combined 4k rank recurrent algorithm of its tuning subject to whether a constant or wobbulated probe interval is employed in the radar. The exploratory model of such a digital adaptive system is created, based on the 5-stage sequential ALF and the high-performance octa-core digital signal processor.
The mathematical modeling is carried out using a model of the typical ground-based detection radar operating either at a pulse-Doppler mode with a middle sounding frequency or at the coherent-pulse mode with a low sounding frequency. For their efficiencies, comparative numerical estimates are obtained given various ratios between the time length of the region with clutter sources and sounding intervals of train pulses.
Limiting potentialities of systems of joint (optimal), separate (sequential) and combined (based on the sequential ones) space-time processing of signals (STSP) embedded in combined interferences (a noise-jamming + clutter mix) are compared. Under conditions of combined interference, the separate STSP systems are non-optimal what leads to large efficiency losses as compared with the optimal joint STSP. The losses depend on the level of "alien" interference at the first stage of processing, and on the radial velocity of target movement and direction of boresight.
There is analyzed the influence of both the spatial weight vector (SWV) estimate fluctuations of sequential STSP and the impossibility of the sample to be classified on the quality of clutter suppression and an admissible interval of SWV fixing is estimated.
To cancel the essential shortages of the separate STSP, it is proposed to proceed to the adaptive joint space-time processing. In such a system, the input sample containing a noise-jamming&clutter mix is the training sample too; there is no need, therefore, to search for classified noise-jamming and clutter samples and to memorize the spatial weight vector estimate of space processing.
A parallel-sequential system of joint STSP is developed, based on synthesized two-dimensional parallel-sequential ALF, components of which are matrix element lattice filters. The mathematical modeling results have shown that the efficiency of the developed parallel-sequential joint STSP system given a relatively small number of spatial channels at a relatively small size of combined interference sample approaches the potential.
Опис
Ключові слова
адаптивний решітчастий фільтр, шумова, пасивна, комбінована завада, завадозахист, просторово-часова обробка, ваговий вектор, дослідний зразок., adaptive lattice filter, noise jamming, clutter, combined interference, space-time processing, weight vector, exploratory model
Бібліографічний опис
Рябуха В. П. Теорія і техніка захисту РЛС з плоскими ФАР від маскувальних шумових, пасивних і комбінованих завад на основі адаптивних решітчастих фільтрів : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.12.17 "Радіотехнічні та телевізійні системи" / В. П. Рябуха ; М-во освіти і науки України, Харків. нац. ун-т радіоелектроніки. – Харків, 2020. – 44 с.