Алгоритмы обработки пространственно-временных сигналов на основе активной фазированной антенной решетки для обнаружения малоразмерных объектов на фоне подстилающей поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Авилов, Артем Игоревич

• Авилов, Артем Игоревич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Авилов, Артем Игоревич

Оглавление

Введение

Глава 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ФОНЕ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ

1.1. Алгоритмы на основе селекции движущихся целей

1.2. Алгоритм обнаружения целей в приповерхностном слое на основе моноимпульсной РЛС с мгновенной АРУ

1.3 Пространственно-временной метод контроля параметров движения масс на границах раздела сред

1.4 Пространственно-временной компенсатор донных отражений при наклонной гидролокации

1.5 Перспективное направление развития радиолокации - MIMO

1.5. Выводы

Глава 2. МОДЕЛИ И СИГНАЛЫ

2.1. Модель отражающей поверхности

2.2. Геометрическая модель взаимного расположения носителя и подстилающей поверхности

2.3. Модели сигналов

2.4. Функции неопределенности сигналов

2.5. Выводы

Глава 3. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ПОВЕРХНОСТИ

3.1. Основные методы для подавления пассивной помехи

3.3. Применение системы MIMO для формирования эквивалентной диаграммы направленности

3.4. Использование собственных векторов для формирования нулевых значений в эквивалентной ДН

3.5 Структурная схема операций над принятым сигналом

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МАШИННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

4.1. Результаты эффективности использования двухточечной аппроксимации отражающего участка поверхности

4.2. Эффективность системы MIMO по сравнению с простой системой

4.3.Влияние разнесения сигналов по частоте для обеспечения системы MIMO на параметры диаграмм направленностей в различных ситуациях

4.4. Влияние на обобщенную функцию неопределенности системы MIMO

доплеровского приращения частоты

4.5 Выбор оптимальных параметров системы MIMO при формировании двух нулевых значений эквивалентной ДН

4.6 Расчет характеристик обнаружения

4.7 Анализ количества элементов дальности

4.8 Выводы

Заключение

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНА

Приложение 1 Программа сравнения эквивалентных диаграмм направленностей

Приложение 2 Программа расчета обобщенной функции неопределенности для двухэлементной системы

Приложение 3 Программа расчета обобщенной функции неопределенности для трехэлементной системы

Приложение 4 Программа моделирования работы алгоритма подавления помехи с использованием собственных чисел корреляционной матрицы

Приложение 5 Программа расчета количества элементов дальности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы обработки пространственно-временных сигналов на основе активной фазированной антенной решетки для обнаружения малоразмерных объектов на фоне подстилающей поверхности»

Введение.

Актуальность работы. Анализ результатов зарубежных и отечественных исследований показывает, что одним из основных направлений совершенствования радиолокационных систем является разработка новых методов обнаружения малозаметных воздушных и наземных (морских) объектов, а также поиск новых систем обработки радиолокационных сигналов на фоне отражений от подстилающей поверхности.

Такие методы и алгоритмы разрабатывались и исследовались рядом отечественных (Ширман Я.Д., Стратонович и др.) [13] и зарубежных ученых (Монзинго, Миллер и др.). Однако, в их работах не нашли должного отражения MIMO-системы (Multiply Input - Multiply Output), основанные на использовании активных фазированных антенных решеток (АФАР), излучающих семейство сигналов для одновременного повышения разрешающей способности по дальности, радиальной скорости и угловой координаты. Для анализа потенциальных характеристик таких систем сигналов используется обобщенная функция неопределенности MIMO-радаров, введенная в трудах зарубежных ученых, например в коллективной монографии «MIMO-radar» под редакцией Jan Li и Petre Stoica [9].

Необходимо отметить, что практика применения современных методов и техники противодействия радиолокационному обнаружению показала, что эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) объектов, выполненных по особой технологии, можно снизить существенно. Поэтому традиционные методы радиолокации в условиях противодействия обнаружению и распознаванию уже недостаточно эффективны, в связи с этим перспективен поиск новых методов надежного обнаружения и распознавания объектов любого класса на фоне пассивной помехи, обусловленной отражениями от поверхности. Примером может быть носитель PJIC, следящий за профилем поверхности или выполняющий какие-

либо другие задачи, а так же обнаружение препятствий при полете с огибанием рельефа местности. К перспективным методам современной радиолокации, позволяющим эффективно обеспечивать обнаружение и распознавание любого класса объектов, относят [1]:

- использование широкополосных или сверхширокополосных сигналов;

- применение многопозиционной радиолокации;

- обнаружение объектов и определение их координат по анализу собственного радиотеплового излучения (пассивная локация);

- комплексное применение активных и пассивных радиотехнических систем;

- использование в системах различных диапазонов радиоволн (в том числе и редко применяемых для данных целей) и др.

Известно, что алгоритм будет применяться на летательном аппарате, поэтому применение многопозиционной радиолокации неуместно. Применение пассивных методов локации связано с маскировкой радиолокационной станции, а это не требуется [3]. Возможным методом, техническая реализация которого может быть установлена на летательном аппарате, является моноимпульсный метод локации [14]. Это один из перспективных методов с широкополосным сигналом, в котором применяются одиночные сверхкороткие и мощные СВЧ-импульсы.

Задача обнаружения это дать ответ имеется определяемый объект в заданной области или нет. В заданной ситуации это не простая задача, так как необходимо обнаруживать объект над поверхностью земли. Одной из самых интенсивных помех при обнаружении объектов, расположенных вблизи или на поверхности, являются отражения от этих поверхностей, маскирующие эхосигнал от объекта. При обнаружении низкорасположенных объектов временные и спектральные характеристики эхосигналов от них и пассивных помех мало отличаются. Поэтому прямое применение спектральных методов не даст результатов. Необходимо использовать дополнительные отличительные признаки для обнаружения. Одними из

таких признаков могут быть пространственные различия объектов и поверхностей или сочетание доплеровского эффекта с пространственными различиями, что позволяет обнаруживать медленно движущиеся объекты [2]. Поэтому основной задачей становится подавление пассивной помехи.

Подавление пассивной помехи основано на высокой пространственной корреляции отражений в двух диаграммах направленности, пересекающихся в угломестной плоскости, когда одни и те же отражения от участков поверхности на раскрывы парциальных антенн приходят одновременно. Отражения от малоразмерного объекта, находящегося в приповерхностном слое, изменяют пространственную коррелированность сигналов в соседних каналах, и это может служить признаком для различения эхосигнала от цели на фоне пассивной помехи.

При наклонном облучении плоской отражающей поверхности (или с гладким рельефом) отражения приходят в пределах диаграммы направленности в угломестной плоскости последовательно во времени и с изменяющихся во времени направлений в процессе формирования отражений. Отражения приходят одновременно: от цели и отражающего участка поверхности, соответствующего импульсному объему, спроецированному на поверхность, с той же дальностью в пределах диаграммы направленности в угломестной плоскости. В этом случае угломестное положение отражающей системы: цель-участок поверхности отличается от угломестного положения этого участка, что может служить признаком для обнаружения цели на фоне мощных отражений от поверхности.

На основе известных угловых направлений на одновременно отражающие участки поверхности в пределах интервала разрешения по углу места, можно произвести компенсацию отражений от поверхности, используя значения парциальных диаграмм направленности, соответствующие угловому положению каждого одновременно отражающего участка поверхности. Отражения от объекта, находящегося вблизи поверхности для импульсных РЛС, не будут скомпенсированы, поскольку

его угловое положение отлично от углового положения отражающего участка поверхности, и объект будет обнаружен [6].

Целью диссертационной работы является повышение отношения сигнал-помеха плюс шум в приповерхностной локации медленно движущегося малоразмерного объекта на основе применения принципов М/А/О-локации.

Задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:

1. Произвести выбор и анализ системы сигналов MIMO-системы на основе обобщенной функции неопределенности, характеризующей семейство сигналов по разрешающей способности одновременно по дальности, доплеровскому приращению частоты и угловой координате.

2. Выбрать и обосновать параметры системы MIMO для эффективного подавления пассивной помехи.

3. Разработать адаптивный алгоритм обнаружения объектов в приповерхностном слое на основе обработки пространственно-временных сигналов.

4. Оценить сравнительную эффективность алгоритма.

Объектом исследования являются отраженные радиолокационные сигналы, в аддитивной смеси с пассивной помехой, обусловленной отражением от подстилающей поверхности.

Предметом исследования являются методы обработки пространственно-временных отраженных радиолокационных сигналов с целью повышения помехоустойчивости РЛС.

Методы исследования основаны на теории обработки пространственно-временных сигналов в радиолокации. Использованы методы компьютерного моделирования, цифровой обработки сигналов, статистической радиотехники и теория радиолокации. Численные расчеты и компьютерное моделирование выполнено в программной среде MATLAB.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. Предложено использовать современное технологическое решение в виде системы MIMO для радиолокационных целей.

2. Предложен инструмент анализа системы сигналов MIMO с помощью обобщенной функции неопределенности с пространственной координатой (угол места).

3. Проведен анализ обобщенных функций неопределенности для радиолокационных сигналов, обеспечивающих функционирование системы MIMO.

4. Предложен алгоритм формирования «скользящего» нулевого значения эквивалентной диаграммы направленности системы MIMO вдоль подстилающей поверхности в процессе формирования отражений от нее при наклонном зондировании.

Практическая значимость работы

Использование системы MIMO с семейством ортогональных сигналов (разнесенных по частоте и пространству) показало, что её применение расширяет зону равномерного радиолокационного облучения на 2-2,5° при использовании парциальной диаграммы направленности шириной 6°.

Система MIMO эффективнее подавляет помеху при наклонном облучении, когда по предложенному алгоритму производится отклонение нулевого значения эквивалентной ДН от равносигнального направления (РСН) вниз (к перпендикуляру к поверхности). Эффективность увеличивается с увеличением отклонения от РСН и достигает 10 дБ в крайнем положении. При отклонении нулевого значения эквивалентной ДН вверх по углу места (от поверхности), эффективность системы MIMO достигается за счет, недостаточно широкой суммарной ДН в этой области у простой системы.

Применение алгоритма формирования двух нулевых значений эквивалентной ДН на отражающем участке одного элемента разрешения по дальности позволяет повысить отношение сигнал-помеха до 30 дБ. Положения, выносимые на защиту:

1. Анализ обобщенных функций неопределенности выявил, что суммарная диаграмма направленности системы MIMO расширяется по углу по сравнению с аналогичной диаграммой направленности системы SIMO (Single Input Multiple Output).

2. Анализ обобщенных функций неопределенности показал, что формирование нулевых значений эквивалентной ДН при отклонении от равносигнального направления (РСН) у системы MIMO приводит к повышению отношения сигнал-помеха относительно системы SIMO.

3. Формирование двух нулевых значений эквивалентной диаграммы направленности в направлении на отражающий участок одного элемента разрешения по дальности может увеличить отношение сигнал-помеха, в некоторых случаях до 30 дБ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, в том числе 2 из них в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ, а так же 1 в коллективной монографии.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа написана на русском языке, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Изложена на 121 страницах, из которых 93 машинописных страниц, 54 рисунков, 32 таблиц и списка литературы из 50 наименований.

Глава 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ФОНЕ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ

1.1. Алгоритмы на основе селекции движущихся целей

Низкорасположенные движущиеся объекты наделяют зондирующие сигналы доплеровским смещением частоты. Поскольку система, состоящая из радиолокационной станции (РЛС), подстилающей поверхности и объекта над ней, является линейной, то принятый отраженный сигнал будет являться аддитивной смесью отражений от поверхности и отражения от объекта.

Алгоритмы на основе селекции движущихся целей используют спектральные различия в отраженном сигнале [47]. Как правило, излучается узкополосный сигнал, но отраженный от подстилающей поверхности сигнал так же будет узкополосным, и его спектральное положение будет аналогично излученному сигналу (или смещено в соответствии с движением РЛС относительно подстилающей поверхности). Отражения от движущегося объекта будут отличаться от отражений от подстилающей поверхности в спектральной области тем сильнее, чем быстрее движется объект в радиальной проекции относительно РЛС.

В данных алгоритмах используются доплеровские фильтры. Несколько полосовых фильтров настроены на различные частоты вблизи несущей частоты зондирующего импульса. При наличии движущегося объекта, на одном из фильтров возникнет отклик. По величине отклика можно судить об отражающей способности объекта в направлении на РЛС, а по номеру фильтра можно судить о радиальной скорости этого объекта относительно РЛС.

Недостатком этого метода является то, что отражения от медленно движущихся объектов будут маскироваться отражениями от подстилающей

поверхности. Поскольку отражения от подстилающей поверхности более интенсивны.

Для режима доплеровского заострения луча в работе [4] предложено использовать пространственные различия для компенсации помеховых спектральных компонент. Для этого используются суммарный и разностный каналы. Структурная схема алгоритма компенсации приведена на рис. 1.1.

Кс[к]

ад . S N х

ЗД

А

SK[k]

Рис. 1.1 Структурная схема алгоритма компенсации помеховых

спектральных компонент

Выражение для спектров на выходе компенсатора помех

где к - индекс, обозначающий номер отсчета спектра принятого сигнала в одном канале дальности, совпадающий с номеров соответствующего фильтра; Бк[к] - отсчеты спектра смеси полезного сигнала и помехи от подстилающей поверхности после компенсации. SA[k] - отсчеты

спектров сигналов с выхода суммарного и разносного каналов соответственно; Кс[к] - компенсирующие коэффициенты.

Компенсирующие коэффициенты рассчитываются из условия равенства нулю помеховых спектральных компонент. Так при малых углах визирования и скорости носителя до 150 м/с спектральная плотность помеховых отражений сосредотачивается в 1-3 доплеровских фильтрах. А при больших углах визирования и скоростях носителя более 150 м/с спектральная плотность помеховых отражений присутствует в 10-ти и более доплеровских фильтрах.

В результате работы алгоритма обеспечивается уверенное обнаружение объектов в секторе не менее ± 45°, а так же расширяется диапазон обнаруживаемых скоростей объектов [4].

1.2. Алгоритм обнаружения целей в приповерхностном слое на основе моноимпульсной РЛС с мгновенной АРУ.

В основу данного алгоритма положены пространственные свойства диаграммы направленности. Поскольку антенная система характеризуется диаграммой направленности, сама по себе она не воспринимает количество различных источников принятого сигнала. В каждый момент времени несколько источников одинаковых сигналов (отраженные сигналы, при едином зондирующем импульсе) будут восприниматься как один, принятый с направления энергетического центра источников.

Бортовая РЛС производит сканирование сектора угломестной плоскости моноимпульсным методом [14, 21]. Она формирует две амплитудные диаграммы направленности, с разнесенными на некоторый угол максимумами. Как правило, диаграммы направленности пересекаются по уровню 0,707, но могут быть и другие варианты. Приемные каналы образуют суммарный и разностный канал (сигнал). Эти два сигнала поступают на угловой дискриминатор. Угловой дискриминатор выполнен согласно формуле

А

где ЛА - амплитуда сигнала с выхода разностного канала, ЛЕ - амплитуда сигнала с выхода суммарного канала, (рА,<р% - соответствующие им фазы.

Метод обнаружения малоразмерных объектов на фоне отражений от подстилающей поверхности на основе моноимпульсной РЛС с мгновенной автоматической регулировкой усиления (МАРУ) заключается в следующем. Для обработки сигналов используются суммарный канал и канал с выхода

дискриминатора. На рис. 1.2 схематично показан сигнал на выходе

суммарного канала.

6

4 2 О -2 -4

Рис. 1.2 Выход суммарного канала

Задается порог обнаружения отражений. После излучения зондирующего импульса, выход суммарного канала сравнивается с этим порогом. Когда происходит превышение этого порога, формируется строб, открывающий выход дискриминатора. До этого момента, на выходе дискриминатора присутствовал только шумовой процесс и его амплитуды были значительны, поэтому необходимо было их отсечь. Сигнал с выхода углового дискриминатора похож на пеленгационную характеристику и схематично показан на рис. 1.3.

1 5

О

-1 5

Рис. 1.3 Выход дискриминатора при наличии объекта

После временной селекции сигнала с выхода углового дискриминатора полученный сигнал попадает на фильтр верхних частот (ФВЧ). При отсутствии объектов, сигнал с выхода ФВЧ образует шумовую дорожку.

При наличии же какого-либо объекта в секторе обзора, сигнал на выходе углового дискриминатора из плавной функции превращается в плавную функцию с некоторым выбросом. ФВЧ превращает данную функцию в постоянную функцию с некоторым выбросом. Поставив модульное устройство на выходе ФВЧ, а за ним пороговое устройство, установив требуемый порог, можно обнаруживать объекты, расположенные над подстилающей поверхностью.

Как уже говорилось выше, данный алгоритм основан на пространственных свойствах диаграммы направленности. А точнее на определении направления на источник излучения. Недостатком этого алгоритма является то, что несколько источников (отражения от подстилающей поверхности и от объекта) он будет считать одним, и располагать его в энергетическом центре. Тут возможно несколько ситуаций:

- мощность отражения от подстилающей поверхности больше мощности отражения от объекта. В этом случае энергетический центр немного сместится по углу от направления на отражающий участок подстилающей поверхности. Это вызовет малый по амплитуде всплеск на выходе углового дискриминатора и в пороговом устройстве всплеск может не превысить порог, произойдет пропуск цели.

- мощность отражения от подстилающей поверхности меньше мощности отражения от объекта. В этом случае энергетический центр источника излучения для диаграммы направленности значительно сместится по углу к направлению на объект. Это вызовет значительный по амплитуде всплеск на выходе углового дискриминатора, а так же высока вероятность, что данный всплеск превысит порог в пороговом устройстве, произойдет правильное обнаружение цели.

Этот метод реализуется в виде устройства, структурная схема которого представлена на рис. 1.4. Где АС - антенная система, состоящая из двух диаграмм направленностей и формирующая суммарный и разностный каналы. Суммарный и разностный сигналы поступают на угловой дискриминатор Д. На вход порогового узла ПУ1 поступает суммарный

сигнал и сигнал порога обнаружения отражений Ъ\. С выхода этого порогового узла управляющий сигнал поступает в блок строб каскада СК, разрешая прохождение сигнала со входа на выход. С выхода строб каскада сигнал поступает на фильтр верхних частот ФВЧ, затем на модульный узел | после которого стоит второй пороговый узел ПУ2. Поступивший на вход сигнал сравнивается сигналом порога обнаружения объектов Данный пороговый узел принимает решение о наличии или отсутствии объекта.

Ь!

Ь2

Рис. 1.4 Структурная схема алгоритма обнаружения на основе

моноимпульсной РЛС

1.3 Пространственно-временной метод контроля параметров движения масс на границах раздела сред

Для реализации данного метода используется носитель РЛС режимом синтезированной апертуры (РСА). Данный метод выделяет движущиеся компактные экологические образования, расположенные вблизи отражающей поверхности или на ней.

Обработка сигнала производится в два этапа. В первом этапе осуществляется пространственная обработка эквивалентной диаграммой направленности. Фазированная антенная решетка (ФАР) формирует две диаграммы направленности, ориентированные перпендикулярно движению носителя РЛС, и с помощью задержек на фазовращательных элементах обеспечивает ориентирование равнофазного направления на отражающий участок поверхности. Поскольку эквивалентная диаграмма направленности

имеет острую форму, то для РСА в отклике имеется линейная зависимость доплеровского приращения частоты от углового расположения отражающего участка. В связи с этим, формирование нулевого усиления в диаграмме направленности производит подавление соответствующих спектральных компонент в принимаемом эхосигнале. Поскольку ноль диаграммы направленности зафиксирован, то производится последовательный обзор поверхности раздела сред вдоль линии движения носителя локационной станции.

На втором этапе производится временная обработка. Её структура представлена на рис. 1.5. А именно фильтрация, согласованная по угловой частоте с отражениями от неподвижных экологических образований, расположенных на поверхности раздела сред, или с отражениями от самой поверхности И^). А так же фильтрация, согласованная с опорным сигналом Я]^). После фильтрации производится пороговое ПУ1 и ПУ2, а затем совместное сравнение СС откликов, превысивших пороговый уровень для формирования решений: отсутствие экологических образований, наличие неподвижного экологического образования над поверхностью раздела сред, наличие движущегося экологического образования.

Рис. 1.5 Структурная схема временной обработки метода контроля

экологических образований

Вероятностные характеристики обнаружения движущихся объектов, диапазон взаимной радиальной скорости движущегося экологического

образования, формы диаграмм направленностей, размер антенной решетки и многое другое приведено в [5]. Данный метод очень чувствителен к изменению рельефа поверхности. В [5] предложено формировать зону нечувствительности в пределах разрешения РСА по азимуту, а для этого необходимо предварительно производить оценку формы поверхности раздела сред. Кроме того в [5] приведены зависимости вероятности ошибок от смещения отражающего участка от равносигнального направления, а так же приведен выбор оптимального количества элементов ФАР.

1.4 Пространственно-временной компенсатор донных отражений при наклонной гидролокации

В гидролокации при наклонном облучении дня моря основной помехой является отражения сигнала от поверхности дна, её называют донной реверберацией (ДР). Поскольку при наклонном облучении морского дна ДР имеет высокую пространственную корреляцию в угломестной плоскости, производится пространственная весовая обработка. Для облучения поверхности дна используется веер лучей, разнесенных в угломестной плоскости на полуширину главного лепестка диаграммы направленности [6, 49, 50]. Вертикально расположенная антенная решетка разбита на секции, каждая из которой и формирует собственную диаграмму направленности.

На первом этапе обработки осуществляется первичная компенсация разности набегов фаз соответствующих профилю поверхности между элементами антенной решетки. На данном этапе профиль поверхности считается близким к линейному. В [7] представлено математическое описание и практическая реализация этой фазовой компенсации. На следующем этапе производится компенсация медленных флуктуаций поверхности, вызванных отклонением от линейной формы. На данном этапе фаза флуктуирует значительно медленнее и имеет меньший интервал изменения, чем скомпенсированные фазовые набеги предыдущего этапа. Для этого разработана отдельная аппаратная реализация компенсатора [7], она

имеет две цепи управления: цепь прямого управления и цепь дополнительного управления. Использование двух цепей управления вызвано тем, что дискриминационная характеристика однозначна на интервале п. Прямая цепь управления уменьшает разбег фаз до значений, соответствующих интервалу однозначности цепи дополнительного управления.

Влияние погрешности оценки профиля отражающей поверхности на помехоустойчивость компенсатора описана в [8, 45]. Неточная оценка профиля поверхности (в данном случае необходимый набег фаз) ведет к неполному подавлению отражений от поверхности или к паразитному подавлению эхосигнала от обнаруживаемого объекта. Например, при ошибке оценки разности фаз на 6°, потери из-за неполного подавления могут достигать 3 дБ, при отсутствии некоррелированных шумов в каналах приемного устройства.

После всех компенсаций разности фаз помехи осуществляется восстановление огибающей [7]. Затем производится вычитание и суммирование, тем самым образуя пространственные фильтры с разностной и суммарной диаграммой направленности. Ноль разностной ДН ориентирован на перемещающийся по дальности (и одновременно по времени) отражающий участок поверхности, а у суммарной ДН в том же направлении ориентирована максимальная направленность. После этого в полосовых фильтрах производится временная обработка, полоса пропускания которых оптимальна для заданной длительности зондирующих сигналов.

Если объект расположен над поверхностью дна, то нарушается монотонная зависимость разности фаз ДР, определяющая профиль поверхности. Прямая и дополнительная цепи не успевают перестроиться на компенсацию эхосигналов, поэтому на выходе, где производилось вычитание, появится отклик. Отклик тем больше, чем больше угловое различие объекта и одновременно отражающего с ним участка дна. Если объект расположен на отражающей поверхности дна, то отклик от него

может проявиться на выходе, где производилось суммирование, при условии что мощность эхосигнала от объекта будет превышать мощность ДР [7].

1.5 Перспективное направление развития радиолокации - MIMO

В настоящее время сильно проявляется интерес к технологии, в зарубежной литературе известной как MIMO-радар (Multiple Input - Multiple Output), что обусловлено преимуществами таких систем. Идея этой технологии проста, излучается не один сигнал со всех передатчиков, а разные сигналы, чаще всего ортогональные, как показано на рис. 1.6. Утверждается, что этим методом улучшаются некоторые параметры, но в нашем рыночном мире открыто об этом не повествуется, известно лишь, что широко применяется в системе связи.

На рис. 1.6 показан один из вариантов технологии MIMO. Антенная система образует три приемо-передающих канала. Каждый каналы излучают независимые сигналы, на рисунке это показано различными линиями. Где то в пространстве происходят переотражения этих сигналов от объектов, отраженные сигналы поступают на приемники. Каждый приемник получает смесь этих сигналов. В общем случае, в каждом приемном канале стоит несколько согласованных фильтров, для каждого излученного сигнала. В частном случае, в каждом приемном канале используется согласованный фильтр на тот сигнал, который данный канал излучал. Вся сложность

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Авилов, Артем Игоревич, 2013 год

Список использованной литературы

1. Верба B.C. Обнаружение наземных объектов. Радиолокационные системы обнаружения и наведения воздушного базирования. М.: Радиотехника, 2007. - 360 е.: ил.

2. Федосов В.П. Пространственно-временные устройства обработки сигналов на фоне отражений от поверхностей раздела сред: Таганрог. ТРТИ, 1993. 34 с.

3. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. / Под. ред. Я.Д. Ширмана - М.: Радиотехника, 2007. - 512 е.: ил.

4. Федосов В.П., Калиновский П.Ю. Пространственно-временные алгоритмы селекции объектов, движущихся на отражающей поверхности в режиме доплеровского заострения лучей антенной системы // Известия вузов Электромеханика, 2005 спецвыпуск. С.28-32.

5. К.Е. Румянцев, Н.П. Заграй, В.П. Федосов, В.Т. Лобач, В.А. Обуховец. / Применение средств локации для контроля параметров водной экосреды. Таганрог, радиотехн. ин-т; Таганрог, 1991. 163 с.

6. В.П. Федосов, Г.В. Кравченко Адаптивная решетка с автоматическим сканированием в приповерхностном отражающем слое // Антенны, 2001, №4(50).-С. 42-45.

7. Радиоэлектронные системы локации и связи. Коллективная монография / Под ред. В.А. Обуховца. - М.: «Радиотехника», 2008. -208 с.

8. Федосов В.П. Влияние погрешности оценки профиля отражающей поверхности на помехоустойчивость адаптивной антенной решётки // Антенны, 2003, № 6(73). - С. 68-72.

9. Jian Li, Petre Stoica "MIMO radar signal processing," John Wiley & Sons, Inc., 2009, 448 p.

10. Штагер Е.А. Рассеяние радиоволн сложной формы. - М.: Радио и связь, 1986.- 184 е., ил.

11. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

12. Проектирование радиоприемных устройств под ред. Сиверса. - М.: Сов. Радио, 1977 г.

13. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981.-416с.

14. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1984. - 312 с.

15. Е. Fishier, A. Haimovich, R. Blum, D. Chizhik, L. Cimini, and R. Valenzuela, "MIMO radar: An idea whose time has come," in Proc. IEEE Radar Conf., Apr. 2004, pp. 71-78.

16. J. Li and P. Stoica, "MIMO radar with colocated antennas: Review of some recent work," IEEE Signal Process. Mag., vol. 24, no. 5, pp. 106-114, Sep. 2007.

17. Авилов А.И. Цифровое моделирование пространственного компенсатора отражений от поверхности раздела сред // Матер. Междун. Научн. конф. «Методы и алгоритмы принятия эффективных решений», часть. 3. - Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 4-9.

18. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Линейная алгебра: Учеб. Для вузов - 4е изд. -М.: Наука. Физматлит, 1999 - 296 с.

19. Маркович И.И. Цифровая обработка сигналов в системах и устройствах: монография / И.И. Маркович; Южный федеральный университет. - Ростов н/Д: Издательство Южного федерального университета, 2012. - 236 с.

20. Ричард Лайоис Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2006. - 656 с.

21.Дудник, П. И. Многофункциональные радиолокационные системы: учеб. пособие для вузов / П. И. Дудник, А. Р. Ильчук [и др.]. — М.: Дрофа, 2007. — 283 с.

22. Авилов А.И., Федосов В.П. Анализ обобщенной функции неопределенности в координатах: «задержка и направление» для системы ортогональных по частоте зондирующих сигналов // Материалы Всероссийской научной конференции «Современные исследовательские и образовательные технологии» - часть 4 -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - С. 4 - 12;

23. Федосов В.П., Авилов А.И., Евдокимова Е.О., Муравицкий Н.С., Терновой Д.О., Чан Т.С. Адаптивные алгоритмы обработки пространственно-временных сигналов MIMO-систем в радиолокации и беспроводных системах связи. // Цифровая обработка сигналов и её техническое приложение в телекоммуникационных системах: монография / под ред. Марчука В.И., ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010. - С.96 -121;

24. Авилов А.И. Анализ эффективности использования АФАР для подавления отражений от поверхности земли // Известия ЮФУ. Технические науки №1 (114) 2011 - С. 57 - 61.

25. Авилов А.И., Влияние эффекта Доплера на обобщенную функцию неопределенности активной фазированной антенной решетки РЛС MIMO// Материалы Международной научной конференции «Перспективы развития гуманитарных технических систем» - часть 3 -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - С. 4-7.

26. Авилов А.И. Влияние на обобщенную функцию неопределенности MIMO доплеровского приращения частоты // Материалы Международной научной конференции «Инновационные процессы в гуманитарных, естественных и технических системах» - часть 2 -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - С. 4-10.

27. Авилов А.И., Федосов В.П. Модель применения системы MIMO для подавления отражений от поверхности земли диаграммообразующим способом // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона» №2 2013 г. http://ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1741

28.Е. Fishier, A. Haimovich, R. Blum, L. Cimini, D. Chizhik, and R. Valenzuela. Spatial Diversity in Radars - Models and Detection Performance[J], IEEE Trans, on Signal Processing, 2006, 54, (3): 310-314.

29.Luzhou Xu, Jian Li, Petre Stoica. Target Detection and Parameter Estimation for MIMO Radar Systems [J], IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems, 2008,44, (3): 927-939.

30. A. M. Haimovich, R. S. Blum, and L. J. Cimini, Jr, "MIMO Radar with Widely Separated Antennas", IEEE Signal Process. Magazine, Jan. 2008, pp.116- 129.

31.D. W. Bliss and K. W. Forsythe, "Multiple-input multiple-output (MIMO) radar and imaging: degrees of freedom and resolution," Proc. 37th IEEE Asil. Conf on Signals, Systems, and Computers, pp. 54-59, Nov. 2003.

32.F. C. Robey, S. Coutts, D. Weikle, J. C. McHarg, and K. Cuomo, "MIMO Radar Theory and Experimental Results," Proc. 38th IEEE Asil. Conf on Signals, Systems, and Computers, pp. 300-304, Nov. 2004.

33.H. A. Khan and D. J. Edwards, "Doppler problems in orthogonal MIMO radars," IEEE International Radar Conference, pp. 24-27, April 2006.

34.D. R. Fuhrmann and G. S. Antonio, "Transmit Beamforming for MIMO Radar Systems Using Partial Signal Correlation," Proc. 38th IEEE Asil. Conf on Signals, Systems, and Computers, pp. 295-299, Nov. 2004.

35.Benjamin Friedlander, "On the Relationship Between MIMO and SIMO Radars," IEEE Trans On Signal Processing, vol. 57, no. 1, pp. 394-398, Jan 2009

36.C. Chen and P. Vaidyanathan, "Properties of the MIMO radar ambiguity function," Proc. 2008 IEEE Intl. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Honolulu, HI, April 2008.

37.G. San Antonio, D. Fuhrmann, and F. Robey, "MIMO radar ambiguity functions," IEEE J. Selected Topics in Signal Processing, vol. 1, no. 1, pp. 167-177, June 2007.

38.Вудворд Ф.М. Теория вероятностей и теория информации с применениями в радиолокации. - М.: Сов. радио, 1955. - 128 с.

39. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 е.: ил.

40.Федосов В.П., Романов В.А. Статистическая радиотехника: Электронное учебное пособие. - Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2008. - 341 с

41.Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

42.Вакман Д.Е. Сложные сигналы и принцип неопределенности в радиолокации. - М.: Сов. радио, 1965. - 304 с.

43.Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. - М.: Сов. радио, 1977.-448 с.

44.Кучерявенко С.В., Муравицкий Н.С., Федосов В.П. Техническая реализация и результаты испытания пространственно-временного

компенсатора отражений от подстилающей поверхности / Радиотехника, 2008, №11. _ с 98 - 92.

45.Федосов В.П., Михайлов С.А. Оптимальный измеритель профиля отражающей поверхности при наклонном облучении / Антенны, 2002, №4 (59).-с 59-65.

46.Федосов В.П. Многолучевая адаптивная антенная решетка, обеспечивающая компенсацию отражений от поверхности раздела сред и послойный обзор приповерхностного пространства // Антенны. 2010. Вып. 2(153).-С. 48-54.

47.Федосов В.П., Калиновский П.Ю. Алгоритм селекции наземных движущихся целей. // Радиотехника, 2006, № 2. - С. 86-89.

48.Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975.- 528 с.

49.Канащенков А.И., Меркулов В.И. Авиационные системы радиоуправления. Т. 1. - М.: Радиотехника, 2003. - 192 с.

50.Морская, авиационная и ракетно-космическая техника, радиотехника, автоматика и управление: состояние и перспективы развития в Южном федеральном университете [монография] / [Алексюнин Е. С. и др.] ; под ред. И. И. Марковича ; - Ростов-на-Дону : Изд-во Южного федерального ун-та, 2011. - 374 с. : ил., табл.;.21 см