Дан обзор современного состояния проблемы пространственно-временной обработки широкополосных сигналов и управления обзором в РЛС с адаптивными многолучевыми цифровыми антенными решетками. Рассматриваются новые методы математического описания сигналов и помех в РЛС с ЦАР, а также обработки сигналов при наличии внешних и внутренних помех. Предложены и исследованы методы адаптивной весовой обработки в РЛС с ЦАР во временной и частотной области. Предложен подход к решению проблемы фильтрации помех на основе представления исходных данных как многомерных пространственно-временных сигналов и помех. Выполнено исследование качества подавления помех на основе предложенных методов, иллюстрирующее их высокую эффективность. Рассмотрена задача обнаружения широкополосного сигнала в РЛС с ЦАР, особенностью которого является учет высокого разрешения по дальности и наличие многих блестящих точек в структуре цели. Определены характеристики обнаружения как на основе аналитических методов, так и математическим моделированием.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список используемых сокращений .................................................................................................... 7
Введение ............................................................................................................................................. 11
1. Современное состояние проблемы пространственно-временной обработки
широкополосных сигналов в РЛС с адаптивными многолучевыми цифровыми
антенными решетками ................................................................................................................ 13
1.1. История развития методов пространственно-временной обработки
широкополосных сигналов в рассматриваемых РЛС .......................................................... 13
1.2. Анализ вариантов структуры приемопередающих модулей ЦАР ...................................... 20
1.3. Синтез широкополосного ЛЧМ-сигнала во временной области ........................................ 25
1.4. Цифровое диаграммообразование при использовании широкополосных сигналов ......... 33
1.5. Моделирование радиолокационного объекта как совокупности блестящих точек .......... 34
1.6. Формирование малых задержек при моделировании отраженного импульсного
сигнала ..................................................................................................................................... 39
1.7. Формирование малых задержек широкополосных сигналов при формировании
диаграммы направленности с помощью технологии «stretch-processing»
(«стрейч-процессинг») ............................................................................................................ 42
1.8. Формирование широкополосной диаграммы направленности на основе
пространственно-временной фильтрации по методу наименьших квадратов
с использованием дробных задержек .................................................................................... 48
1.9. Адаптивная пространственно-частотная обработка ШПС в современных ЦАР............... 52
2. Зондирующие сигналы и согласованные фильтры для перспективных РЛС обзора .... 57
2.1. Общие сведения ...................................................................................................................... 57
2.2. Сигналы с ПШМ фазы ............................................................................................................ 58
2.3. Сигналы с ФМ фазы M-последовательностями ................................................................... 67
2.4. Многоканальные согласованные фильтры для сигналов с ПШМ фазы ............................. 71
2.5. Многоканальные согласованные фильтры для сигналов с ФМ кодами
M-последовательностей .......................................................................................................... 75
2.6. Составные и пачечные сигналы с ПШМ фазы ..................................................................... 78
2.7. Многоканальные согласованные фильтры для составных и пачечных сигналов
с ПШМ фазы ............................................................................................................................ 82
2.8. Многоканальные согласованные фильтры для составных и пачечных сигналов
с ФМ M-последовательностями ............................................................................................. 89
2.9. Когерентные пачки импульсов с ПШМ фазы или ФМ M-последовательностями............ 93
2.10. Многоканальные согласованные фильтры для когерентных пачек импульсов
с ПШМ фазы или ФМ M-последовательностями ............................................................... 96
3. Использование многочастотных, кодированных по фазе сигналов в качестве
зондирующих для широкополосной АФАР с обработкой в частотной области ............. 103
3.1. Принцип пространственной обработки многочастотных импульсов в АФАР ................ 103
3.2. Многочастотные сигналы с фазовой манипуляцией (Multicarrier phase coded
(MCPC)) ................................................................................................................................. 104
3.2.1. Проблема пик-фактора в многочастотных сигналах с фазовой манипуляцией ........ 107
3.2.2. Использование комплементарных последовательностей в импульсах MCPC .......... 108
3.2.3. Использование весовых функций для поднесущих в импульсах MCPC ................... 110
3.3. Сигналы на основе последовательности импульсов MCPC .............................................. 111
4. Пространственно-временные сигналы и помехи в обзорной РЛС с ЦАР ....................... 115
4.1. Общая характеристика сигналов и помех ........................................................................... 115
4.2. Сигналы и помехи на радиочастоте ..................................................................................... 117
4.3. Цифровой кадр пространственно-временного сигнала ..................................................... 127
4.4. Сигналы и помехи на промежуточной частоте .................................................................. 128
4.5. Сигналы и помехи на «нулевой» частоте ............................................................................ 135
4.6. Моделирование сигнала и помех на «нулевой» частоте .................................................... 138
5. Пространственно-временная фильтрация широкополосных сигналов
при воздействии активных помех ........................................................................................... 141
5.1. Согласованная фильтрация ПВС при воздействии активных помех и тепловых
шумов приемных устройств ................................................................................................. 141
5.2. Пространственно-временная обработка сигналов на основе метода
максимального правдоподобия ............................................................................................ 146
6. Пространственная адаптивная обработка широкополосных сигналов в ЦФАР
с целью подавления сигналов от активных источников помехи ...................................... 155
6.1. Проблемы адаптивной обработки ........................................................................................ 155
6.2. Критерии оценки коэффициентов адаптивного пространственного фильтра ФАР ........ 163
6.3. Методы оценки весового вектора пространственного фильтра ........................................ 165
6.3.1. Оценка с помощью непосредственного обращения корреляционной матрицы
(НОМ) ............................................................................................................................... 165
6.3.2. Оценка с использованием алгоритмов ортогонализации набора обучающих
выборок ............................................................................................................................ 167
6.3.3. Оценка с использованием рекуррентной оценки обратной корреляционной
матрицы ............................................................................................................................ 168
6.3.4. Метод оценки с использованием проективного алгоритма ........................................ 168
6.3.5. Использование алгоритма Грама–Шмидта для построения ортонормального
базиса помехи .................................................................................................................. 172
6.3.6. Результаты подавления активной помехи и шума при использовании
проективного алгоритма. ................................................................................................ 175
7. Адаптивные алгоритмы подавления активных помех в широкополосной
многолучевой антенной решетке ............................................................................................ 179
8. Принципы математического моделирования пассивных помех ...................................... 191
8.1. Пассивные помехи ................................................................................................................ 191
8.2. Характеристики протяженных ПП ...................................................................................... 193
8.3. Принципы моделирования ПП ............................................................................................. 197
9. Алгоритмы обнаружения импульсных широкополосных сигналов, отраженных
от протяженных по дальности объектов ............................................................................... 203
9.1. Основные принципы обнаружения ...................................................................................... 203
9.2. Обеспечение постоянного уровня ложных тревог в обнаружителях ШПС ..................... 216
Заключение ....................................................................................................................................... 222
Библиографический список ............................................................................................................ 223