Разработка и исследование метода повышения помехоустойчивости радиолокаторов со сложными квазинепрерывными сигналами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Нилов, Михаил Александрович

• Нилов, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нилов, Михаил Александрович

Перечень сокращений и условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Особенности и проблемы радиолокации со сложными сигналами.

1.1. Основные достоинства сложных радиолокационных сигналов.

1.2. Современное состояние методов и технических средств радиолокации со сложными квазинепрерывными сигналами.

1.3. Проблема маскирования слабых сигналов от дальних целей боковыми лепестками мощных сигналов от ближних к РЛС объектов. • 1.4. Пути уменьшения влияния боковых лепестков функций неопределенности сигналов на снижение помехоустойчивости РЛС.

1.5. Области целесообразного применения сложных радиолокационных сигналов малой скважности.

Глава 2. Синтез огибающей зондирующего сигнала и алгоритма обработки при приеме для обеспечения компенсации зависимости ослабления принимаемых сигналов от дальности цели.

2.1. Основные характеристики и особенности квазинепрерывного режима работы приемопередатчика РЛС при использовании сигналов с большой базой и малой скважностью.

4 2.2. Оценка динамического диапазона энергий принимаемых сигналов для I прямоугольных зондирующих импульсов.

2.3. Определение требований к уровню боковых лепестков функций неопределенности сигналов.

2.4. Оценка потерь при режекции мощных сигналов ближней зоны.

12.5. Обоснование и описание предлагаемого метода снижения влияния боковых лепестков функций неопределенности сложных сигналов на помехоустойчивость РЛС.

2.6. Синтез огибающей зондирующего импульса для компенсации зависимости ослабления принимаемой энергии от дальности.

2.7. Весовое перераспределение энергий принимаемых сигналов по шкале дальностей.

2.8. Адаптация огибающей зондирующего импульса при компенсации неизвестной функции ослабления сигналов от дальности цели.

2.9. Оценка динамического диапазона энергий принимаемых сигналов для различных огибающих зондирующего импульса.

2.10. Оценка динамического диапазона мощностей принимаемых сигналов

2.11. Синтез закона временной автоматической регулировки усиления приемника для компенсация зависимости ослабления энергии сигналов от дальности при зондировании прямоугольными импульсами.

2.12. Выводы, замечания и рекомендации.

Глава 3. Использование широтно-импульсной и частотно-импульсной модуляций как технически предпочтительных представлений синтезированной амплитудной модуляции зондирующего сигнала.

3.1. Общие характеристики алгоритма отображения амплитудной модуляции посредством широтно-импульсной и частотно-импульсной моду

1 ляций.

3.2. Сигналы с широтно-импульсной модуляцией.

3.3. Сигналы с частотно-импульсной модуляцией.

3.4. Ограничения вследствие использования широтно-импульсной и частотно-импульсной модуляций вместо амплитудной модуляции огибающей зондирующего импульса. 3.5. Методика формирования амплитудной структуры пачки при использовании широтно-импульсной модуляции.

3.6. Методика формирования амплитудной структуры пачки при использовании частотно-импульсной модуляции. 3.7. Сравнительные характеристики РЛС при использовании сигналов с , широтно-импульсной и частотно-импульсной модуляциями.

3.8. Особенности формируемых сигналов при временной дискретизации.

3.9. Выводы, замечания и рекомендации.

Глава 4. Анализ помехоустойчивости PJIC при использовании последовательностей амплитудно-модулированных импульсов с внутриимпульсной фазовой модуляцией.

4.1. Определение связи формы импульсов с параметрами функции неопределенности сигнала.

J 4.2. Оценка повышения помехоустойчивости при использовании сигналов, обеспечивающих компенсацию зависимости принимаемой энергии от дальности цели, при наличии точечных источников помех.

4.3. Оценка повышения помехоустойчивости при использовании предлагаемых сигналов при наличии поверхностно распределенных помех.

4.4. Оценка повышения помехоустойчивости от использования предлагаемых сигналов при наличии объемных помех.

4.5. Выводы по результатам сравнения помехоустойчивости PJIC при использовании предлагаемых и известных сигналов.

Глава 5. Экспериментальная апробация повышения помехоустойчивости PJIC при компенсации зависимости ослабления принимаемых сигналов от f дальности цели.

5.1 Описание экспериментальных сигналов.

5.2 Условия испытаний макета корабельной PJ1C обнаружения надводных целей.

5.3 Методика проведения экспериментов и результаты измерения характеристик обнаружения морских целей.

I 5.4 Выводы замечания и рекомендации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование метода повышения помехоустойчивости радиолокаторов со сложными квазинепрерывными сигналами»

Актуальность темы. Основными достоинствами радиолокационных станций (РЛС) с квазинепрерывными сложными сигналами с большой базой и малой скважностью являются высокие энергетический потенциал и разрешение по дальности при низкой (относительно импульсных РЛС) пиковой мощности излучения. Главным негативным фактором, присущим использованию сложных сигналов, являются боковые лепестки (БЛ) функции неопределенности (ФН). Эффективная реализация указанных достоинств сопровождается проблемой возникновения дополнительных помех, вызванных влиянием БЛ ФН. Снижение помехоустойчивости По указанной причине может проявиться при наличии отражений от объектов, находящихся вне зондируемого элемента, если уровень БЛ превышает допустимое значение. Обзор литературы и анализ характеристик существующих и разрабатываемых РЛС со сложными сигналами показывают, что известные подходы к выбору или синтезу структуры сложных сигналов и алгоритмов их приема, направленные на снижения влияния БЛ ФН на помехоустойчивость РЛС, не обеспечивают удовлетворительного общего решения, пригодного для широкого практического применения. То есть, существующие теоретические и технические решения не позволяют во всех случаях реализовать близкие к потенциальным основные характеристики рассматриваемых перспективных РЛС. Исследования по теме диссертации направлены на оптимизацию сигналов и алгоритмов приема, определяющих основные характеристики, какими являются помехозащищенность, обеспечиваемая повышенными скрытностью и помехоустойчивостью и энергопотенциал, обеспечиваемый малой скважностью излучения. Актуальность работы обоснована, во-первых, практической необходимостью обеспечения помехоустойчивости РЛС, использующих квазинепрерывные сложные сигналы малой скважности, в условиях мощных мешающих отражений в ближней к РЛС зоне, во-вторых, незавершенностью существующих теоретических исследований, касающихся определения наилучшей амплитудной структуры зондирующих сигналов и закона коммутации приемопередатчика при работе РЛС на одну антенну. Подчеркнем, что в большинстве случаев помехоустойчивость снижается из-за не соответствующего задачам выбора параметров сигналов и это может необоснованно служить сдерживающим фактором для применения сложных сигналов.

Целью диссертационной работы является разработка метода построения амплитудной структуры зондирующих квазинепрерывных сложных сигналов и обработки при приеме, обеспечивающих повышение помехоустойчивости при наличии мощных источников мешающих отражений в ближней к РЛС зоне. Снижение влияния БЛ достигается посредством сжатия динамического диапазона энергии (ДДЭ) сигналов путем компенсации зависимости ослабления принимаемых сигналов от дальности целей. Применяемый подход основан на устранении влияния главного фактора, определяющего энергетические различия принимаемых радиолокационных сигналов — зависимости ослабления мощности при распространении сигналов от четвертой степени дальности. При использовании сигналов и обработки при приеме, обеспечивающих указанную компенсацию, результирующий ДДЭ определяется отношением максимальной и минимальной эффективных площадей рассеяния (ЭПР) целей и, как правило, не превышает 30-40 дБ. Кроме этого, предлагаемый метод позволяет управлять перераспределением энергии принимаемых сигналов по шкале дальностей и, при необходимости, дополнительно уменьшить ДДЭ, компенсируя любую монотонную зависимость ослабления сигналов от дальности. Последнее является гарантией обеспечения помехоустойчивости для большинства радиолокацион ных задач. Предлагаемый метод применим для РЛС с квазинепрерывным режимом работы приемопередатчика, как с использованием, так и без использования внутриимпульсной модуляции. Излучаемый сигнал может быть, как одиночным импульсом, так и последовательностью из многих импульсов. Однако исследования акцентированы на обеспечение помехоустойчивости РЛС со сложными сигналами с большой базой.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: • Выбор и обоснование метода снижения влияния БЛ ФН сложных сигналов на помехоустойчивость РЛС. Используется сжатие ДДЭ принимаемых сигналов за счет компенсации зависимости ослабления от дальности — основного фактора, ответственного за величину ДДЭ принимаемых сигналов.

• Разработка алгоритма синтеза амплитудной структуры зондирующих сигналов, обеспечивающей при квазинепрерывной работе приемопередатчика указанную компенсацию путем относительного ослабления сигналов от ближних целей. ■

• Разработка методики оценки влияния амплитудной структуры (при произвольной угловой модуляции) на усредненную по доплеровской частоте зависимость уровня БЛ ФН от задержки принимаемых сигналов.

• Анализ помехоустойчивости, реализуемой при использовании сигналов с предлагаемой структурой и сравнение с известными сигналами.

• Разработка представления синтезированной огибающей, реализуемой амплитудной модуляцией (АМ), средствами технически предпочтительной частотно-импульсной (ЧИМ) или широтно-импульсной (ШИМ) модуляции. Оценка ограничений по сжатию ДДЭ и величины мертвой зоны (МЗ) РЛС при ЧИМ и ШИМ.

• Разработка закона временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ), обеспечивающего компенсацию ослабления от дальности принимаемых сигналов для прямоугольных зондирующих импульсов. Оценка потерь от ВАРУ.

• Экспериментальная проверка повышения помехоустойчивости РЛС с квазинепрерывными сложными сигналами, обеспечивающими компенсацию зависимости ослабления от дальности. Сравнение помехоустойчивости РЛС с предлагаемыми и известными сигналами малой скважности.

Объектом исследований являются РЛС со сложными квазинепрерывны- • ми сигналами и обстоятельства снижения помехоустойчивости из-за влияния БЛ ФН сигналов. Изучаются пути уменьшения возникающих дополнительных помех. Определяется совокупность внешних (параметры целей и помех) и внутренних (параметры РЛС) условий, обеспечивающих помехоустойчивость.

Предмет исследований составляет метод снижения помех, обусловленных влиянием БЛ ФН сложных сигналов. Используемый подход основан на сжатии ДДЭ принимаемых сигналов за счет компенсации их ослабления при распространении. При этом слабые сигналы от дальних целей обнаруживаются без потерь энергии. Повышение помехоустойчивости базируется на оптимизации амплитудной структуры зондирующего сигнала, обработки при приеме и режима коммутации приемопередатчика при работе на одну антенну.

Методы исследований. Используется теоретический анализ помехоустойчивости РЛС и математический синтез амплитудной структуры сложных сигналов. Для теоретических задач применяется математический аппарат статистической радиотехники и оптимального приема сигналов. Анализ базируется на методах высшей алгебры, синтез - на теории интегральных уравнений. Базовые теоретические результаты подтверждены натурными и лабораторными экспериментами.

Обоснованность и достоверность научных положений и практических результатов, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждены теоретическими доказательствами и согласием последних с результатами экспериментальных исследований макета и опытного образца РЛС в натурных условиях испытательного полигона. Экспериментальное сравнение показывает повышение помехоустойчивости РЛС с предлагаемыми сигналами относительно известных решений при различных помехах. По теме диссертации получены два авторских свидетельства на изобретения. Достоверность подтверждена также результатами внедрения, представленными соответствующими актами.

Новые научные результаты:

• Обоснован, разработан и экспериментально апробирован метод формирования амплитудной структуры зондирующих сложных сигналов с малой скважностью и обработки при приеме;, обеспечивающие снижение влияния БЛ ФН на помехоустойчивость РЛС в заданном диапазоне дальностей за счет сжатия ДДЭ при приеме до величины, не превышающей различия ЭПР целей. Получена математическая модель, однозначно определяющая алгоритм синтеза оптимальной амплитудной структуры зондирующего сигнала или закона ВАРУ приемника через функцию ослабления энергии при распространении.

Оптимальная огибающая квазинепрерывного сигнала позволяет компенсировать любую неубывающую зависимость ослабления от дальности. Решение найдено для периодических и непериодических импульсных последовательностей (РИП и НИП) с межимпульсными интервалами не меньшими максимальной задержки принимаемых сигналов. Разработаны модификации алгоритма синтеза для весового перераспределения энергий принимаемых сигналов по шкале дальности и для компенсации не полностью известной функции ослабления с использованием тестового зондирующего сигнала с последующей адаптацией его огибающей.

• Разработан метод перехода от оптимальной непрерывной АМ зондирующего сигнала к технически предпочтительной ЧИМ и ШИМ. Определены ограничения, связанные с применением ЧИМ и ШИМ.

• Разработан метод оценки помехоустойчивости РЛС при использовании предлагаемых и известных сигналов в условиях точечных и распределенных (поверхностных и объемных) источников помех.

• Определена зависимость среднеквадратичного уровня БЛ ФН от корреляционной функции (КФ) квадрата огибающей принимаемого сигнала при произвольной структуре последней.

Теоретическая значимость результатов исследований:

• Обоснована необходимость компенсации зависимости ослабления от дальности, как фактора, определяющего величину ДДЭ принимаемых сигналов и, как следствие, снижение помехоустойчивости РЛС со сложными сигналами.

• Определена связь между зависимостью ослабления принимаемых сигналов от дальности и оптимальной огибающей квазинепрерывного сигнала, обеспечивающей компенсацию этой зависимости. Определен закон ВАРУ, обеспечивающий указанную компенсацию для прямоугольных зондирующих импульсов.

Практическая ценность результатов исследований:

• Разработаны методики расчета амплитудной структуры зондирующего сложного сигнала, обеспечивающей компенсацию зависимости ослабления от дальности. Выведены формулы расчета огибающей сигнала в общем виде и конкретизированы для степенных функций ослабления. Приведены примеры формирования огибающей для степенных функций ослабления. Разработано, и экспериментально исследовано техническое решение, позволяющее уменьшить влияние БЛ ФН сложных сигналов с малой скважностью на помехоустойчивость РЛС.

• Разработаны методики перехода от оптимальной АМ зондирующего сигнала к практически целесообразной ЧИМ и ШИМ. Выведены формулы расчета амплитудной структуры сигналов с ЧИМ и ШИМ в общем виде и конкретно для степенных функций ослабления. Разработаны методики расчета реализуемых характеристик РЛС и определены ограничения, связанные с переходом от АМ к ШИМ или ЧИМ. Приведены примеры огибающих с ЧИМ и ШИМ.

• Разработаны методики оценки и сравнения помехоустойчивости РЛС при использовании предлагаемых и известных сигналов на основе расчета отношения сигнал/помеха при наличии точечных, поверхностных и объемных источников помех. Получены формулы расчета отношения сигнал/помеха в общем виде и конкретно для степенных функций ослабления. Приведены графики.

• Получены формулы и разработаны методики оценки зависимости среднеквадратичного уровня БЛ ФН сигнала от КФ огибающей импульса. Приведены примеры и графики для огибающей импульса вида степенной функции.

• Экспериментально в натурных условиях подтверждено повышение помехоустойчивости при использовании предлагаемых сигналов в наземных РЛС обнаружения малоразмерных надводных целей.

• Определены области применения и рекомендации по использованию предлагаемого метода при решении конкретных радиолокационных задач.

Реализация результатов исследований. Научные и практические результаты получены и использованы соискателем при участии в выполнении более 30 НИР и ОКР по данной тематике на кафедре «Радиооборудование кораб-лей»/«Морские информационные системы». Результаты исследований используются в учебном процессе и при проведении текущих работ для отечественных и зарубежных заказчиков. В том числе, в НИР, осуществляемых в рамках Межвузовских научно-технических программ «Конверсия и высокие технологии», «Радиоэлектронные системы и приборы прогнозирования и контроля чрезвычайных ситуаций», «Мониторинг Северо-Западного региона РФ», Секции прикладных проблем при РАН, института вК^ (Германия) и других. Результаты диссертационной работы использованы при разработке судовых РЛС автономной навигации, автомобильных радаров для предотвращения столкновений, военных радиолокаторов различного назначения. Соискатель участвует в разработках новых РЛС на ФГУП «Равенство», ЗАО «Морские комплексы и системы». Внедрения в ФГУП «Равенство», НИПКТИ «Радар» и ОАО «Радар ММС» подтверждены прилагаемыми к диссертации документами.

Развитие исследований и дальнейшее использование результатов диссертационной работы проводится в направлении совершенствования адаптивных методов формирования сигналов и расширения диапазона доплеровских частот принимаемых сигналов. Перспективными являются задачи синтеза закона коммутации приемопередатчика РЛС, обеспечивающего заданный спад БЛ по временной оси ФН без уменьшения энергии сигналов от ближних целей. Научные теоретические и практические результаты, полученные в диссертации, предназначаются для использования при построении радиолокаторов различного назначения на предприятиях ФГУП «Равенство», «Гранит-спецтехника», ЗАО «Морские комплексы и системы» и ОАО «Радар ММС», в частности, судовых навигационных РЛС, РЛС экологического мониторинга и РЛС специального назначения.

Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе в 2 заявках на изобретения. Общее число печатных работ — 28.

Структура и объем диссертации. Пояснительная записка состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 99 наименований. Основная часть работы изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 56 рисункОв и 1 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Нилов, Михаил Александрович

5.4 Выводы Замечания и рекомендации Цель экспериментов достигнута. Апробированы основные теоретические положения и частные расчетные заключения для конкретных примеров. Получено опытное подтверждение повышения помехоустойчивости РЛС со сложными сигналами, обеспечивающими сжатие ДДЭ при приеме за счет компенсации зависимости ослабления. Результаты натурных измерений показали повышение' качества характеристик обнаружения при реализации предлагаемого метода с помощью ЧИМ и ШИМ. При испытаниях использовались три типа амплитудной структуры сигналов: РИП с межимпульсным интервалом большим максимальной задержки сигнала; НИП со средним межимпульсным интервалом меньшим максимальной задержки; периодическая последовательность пачек с ЧИМ и ШИМ внутри пачки, обеспечивающей сжатие ДДЭ принимаемых сигналов.

Для РИП снижение помехоустойчивости из-за влияния БЛ ФН не проявляется при обнаружении дальних целей при наличии мощных помех от ближних к РЛС объектов. Так как при скважности £)> 2 можно разделить во времени слабые сигналы от дальних целей и мощные помехи от ближних. Однако для диапазона задержек меньших длительности импульсов характерна низкая помехоустойчивость. Весьма благоприятным условием является несоизмеримость периода импульсов и длительности сигнала, обеспечивающее достаточное число импульсов для концентрации спектра огибающей вблизи частоты. При работе на шкалах больших дальностей трудно реализовать высокое качество СДЦ из-за сближения линий спектра огибающей.

Для НИП форма тела неопределенности максимально приближена к кнопочному виду, обеспечивающему однозначное измерение дальности и скорости в широких диапазонах. При длительности импульсов много меньшей длительности импульсов РИП получается соответственно много меньшая протяженность зоны дальностей с низкой помехоустойчивостью, где сигналы обрезаются из-за наложения на излучаемый импульс. Однако высокую помехоустойчивость в отношении помех, обусловленных влиянием БЛ ФН, во многих случаях невозможно реализовать без режекции ближних помех при обнаружении дальних целей. Приемлемые энергетические потери, сопровождающие режекцию, могут быть получены при скважности зондирующего сигнала Q> 3.

Преимуществом предлагаемых сложных сигналов с ШИМ и ЧИМ является стабильность и высокое качество характеристик обнаружения для всей шкалы дальностей при наличии мощных помех в ближней к РЛС зоне. Стабильно высокая помехоустойчивость в пределах заданного диапазона дальностей обеспечивается без вариаций структуры зондирующего сигнала и алгоритма обработки при приеме для разных зон дальностей. К недостаткам предлагаемых сигналов следует отнести сближение линий спектра огибающей при увеличении шкалы дальностей, затрудняющее реализацию высокого качества СДЦ при расширении спектра флюктуаций помех от неподвижных объектов.

Приведенные результаты показывают целесообразность применения метода компенсации зависимости ослабления принимаемых сигналов от дальности для повышение помехоустойчивости РЛС со сложными квазинепрерывными сигналами в отношении помех, обусловленных влиянием БЛ ФН. Мощность помех может быть снижена на 30-60 дБ в зависимости от условий конкретных радиолокационных задач.

Заключение

В диссертации рассмотрен метод повышения помехоустойчивости РЛС со сложными сигналами. Исследования направлены на снижение негативного влияния БЛ ФН сигналов на рабочие характеристики приемника радиолокатора. Принципиальным является условие минимальной скважности (£)<10) излучаемых сигналов и малая «мертвая» зона РЛС (соизмеримая с разрешением по дальности). Предложены решения, основанные на синтезе амплитудной структуры зондирующих сигналов и закона ВАРУ приемника, обеспечивающие необходимую помехоустойчивость за счет сжатия ДДЭ принимаемых сигналов. Сжатие реализуется компенсацией зависимости ослабления принимаемой энергии от дальности цели. Предлагаемый подход обеспечивает сжатие ДДЭ принимаемых сигналов до величин, не превышающих отношения максимальной и минимальной ЭПР целей. Метод позволяет компенсировать любую монотонную зависимость ослабления сигнала от дальности. Модификации метода позволяют перераспределить энергию принимаемых сигналов по шкале дальностей в соответствии с заданной весовой функцией, либо осуществить адаптивное формирование зондирующего сигнала при неизвестной зависимости ослабления от дальности. Предлагаемый метод применим для РЛС с квазинепрерывным режимом работы приемопередатчика, как с использованием, так и без использования внутриимпульсной модуляции. Излучаемый сигнал может быть, как одиночным импульсом, так и последовательностью из многих импульсов. Однако исследования акцентированы на обеспечение помехоустойчивости РЛС со сложными сигналами с большой базой. Повышение помехоустойчивости заключается в снижении уровня помех, обусловленных влиянием боковых лепестков функции неопределенности, и оценивается, в первом приближении, отношением входного и сжатого динамических диапазонов энергий принимаемых сигналов. Указанное отношение, характеризующее эффективность метода, может достигать 60 дБ и более. Применение плавной АМ при формировании огибающих излучаемых импульсов обусловливает повышенные требования к линейности амплитудных характеристик модулятора и приемопередатчика РЛС. Во многих случаях эти требования практически трудно реализуемы. Кроме этого, при плавной амплитудной модуляции исключается возможность эксплуатации передатчика в энергетически выгодном режиме с амплитудным ограничением сигнала. Свободными от этих недостатков являются способы модуляции, обеспечивающие перераспределение энергии в пределах периода огибающей посредством ШИМ или ЧИМ по закону, отображающему с заданной точностью закон плавного изменения огибающей. При этом излучаемый импульс с плавной АМ огибающей, заменяется пачкой импульсов с модулируемыми длительностью или частотой импульсов внутри пачки. При ШИМ или ЧИМ вспомогательной импульсной последовательности. Недостатком ШИМ и ЧИМ является ограничение компенсируемого ДДЭ принимаемых сигналов, обусловленное временной дискретностью представления исходной АМ импульса. Это ограничение выражается в появлении «мертвой» зоны РЛС, протяженность которой оценивается сдвигом последнего импульса пачки относительно начала приема. ВАРУ приемника рассматривается как упрощенный вариант предлагаемого метода сжатия ДДЭ принимаемых сигналов. В этом случае излучаются прямоугольные импульсы, длительность которых и межимпульсный интервал приема равны максимальной задержке сигнала для данной шкалы дальностей. Достоинством ВАРУ является простота формирования огибающей зондирующего сигнала. Недостатком - энергетические потери при приеме (2-4 дБ).

Основные научные и практические результаты, выносимые на защиту Разработан метод обеспечения помехоустойчивости РЛС путем компенсации зависимости ослабления принимаемого сигнала от дальности до цели. Разработан соответствующий алгоритм синтеза АМ огибающей зондирующего сигнала или ВАРУ приемника. Метод применим для квазинепрерывного режима работы приемопередатчика РЛС. Разработан алгоритм оценки зависимости среднеквадратического значения БЛ ФН от формы огибающей принимаемого сигнала. Оценка отображает указанную зависимость от корреляционной функции квадрата огибающей сигнала. Усреднение проводится по доплеровской частоте. Оценка рельефа БЛ ФН применима для анализа сигналов с произвольной огибающей отдельного импульса. Разработан способ отображения синтезированной АМ посредством ШИМ и ЧИМ. Проведен анализ преимуществ и ограничений, связанных с переходом от АМ к ШИМ или ЧИМ. Проведена экспериментальная апробация РЛС, использующей предлагаемые зондирующие сигналы. Базой сравнения служат широко применяемые типы сигналов — РИП и НИП малой скважности с внутриимпульсной ФМ по закону ПСП. Подтверждено снижение влияния БЛ ФН на помехоустойчивость РЛС по сравнению с известными сигналами при обнаружении дальней точной цели при наличии мощных отражений от береговых объектов и моря в ближней зоне. Результаты работы использованы при разработке судовых РЛС автономной навигации, автомобильных радаров для предотвращения столкновений, военных радиолокаторов различного назначения. Главный результат диссертационной работы заключается в определении амплитудной структуры сложного зондирующего сигнала малой скважности для РЛС с квазинепрерывным режимом приемопе-редачи, работающих в условиях мощных помех в ближней зоне. Обеспечивается снижение отрицательного влияния БЛ ФН сигналов на помехоустойчивость РЛС без энергетических потерь при приеме сигналов от дальних целей. Достоверность научных результатов обосновывается достаточной строгостью математических выводов, использованием альтернативных вариантов решений, экспериментальным подтверждением основных теоретических положений и успешным внедрением в опытные и серийные промышленные изделия. Общей рекомендацией по наиболее целесообразному применению предлагаемых сигналов является ориентация на задачи наземной радиолокации при горизонтальном зондировании. Для недорогих судовых, автомобильных и т.п. РЛС более приемлем вариант с ВАРУ. Новые научные задачи, представляющие перспективу исследований, заключаются в синтезе закона коммутации приемопередатчика для реализации квазинепрерывного режима работы РЛС, обеспечивающего высокую помехоустойчивость в отношении мощных помех от ближних объектов при сохранении относительно высокого энергетического потенциала в ближней к РЛС зоне. Заданный спад БЛ ФН по временной оси должен быть реализован без уменьшения энергии сигналов от ближних целей. Актуальна также задача расширения диапазона однозначных измерений доплеровской частоты принимаемых сигналов. Общим выводом по диссертации является то, что поставленная цель исследований по разработке метода обеспечения помехоустойчивости рассматриваемых РЛС для помех указанных типов, достигнута.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нилов, Михаил Александрович, 2003 год

1. Голев К.В. Расчет дальности действия радиолокационных станций. -Мир, Москва, 1961.

2. Карпентье М. Современная тория радиолокации. М., Сов. радио, 1965, 215 с.

3. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. Пер. с англ. под ред. КельзонаВ.С. -М. Сов. радио, 1971, 568 с.

4. Вакман Д.Е. Регулярный метод синтеза ФМ сигналов. — М., Сов. радио, 1967,97 с.

5. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах). Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Я. С. Ицхоки. М., Сов. радио, 1976.

6. Построение радиолокаторов со сложными квазинепрерывными сигналами. Нилов М.А., Безуглов A.B., Быстрое Н.И., Ушенин А.Б. — Радиотехника, № 8, 1997 г., журнал в журнале Радиосистемы, вып. 25, с. 52-56.

7. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М., Радио и связь, 1985. 394 с.

8. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с англ. под ред. Вейсбена М.М. М.,. — Сов. радио, 1976, 392 с.

9. Вакман Д.Е. Сложные сигналы и принцип неопределенности в радиолокации. Изд-во Сов. радио, М., 1965, 304 с.

10. П.Марпл С.Л. мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. -М., Мир, 1990, 584 с.

11. Безуглов A.B., Кутузов В.М. Применение авторегрессионных методов для определения задержки сигнала в навигационных системах. В сб. Известия СПбГЭТУ, вып. 460. Л., 1993, с 64-70.

12. Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для вузов. Под ред. Ширмана Я.Д. М., Сов. радио, 1970, 560 с.

13. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М., 1974, 360 с.

14. Винокуров В.И. и др. Электромагнитная совместимость судового радиооборудования. Л., Судостроение, 1977, 256 с.

15. Виноградов Е.М., Винокуров В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Л., Судостроение, 1986, 246 с.

16. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. проф. Пестрякова В.Б. М., Сов. радио, 1973, 424 с.

17. Peyton M.F. Biological Effects of Microwave Radiation. Plenum Press, Inc., N. Y., 1961

18. M. Сколник. Введение в технику радиолокационных систем. Перевод с англ. под ред. Трофимова К.Н. — М., Мир, 1965.

19. Справочник-задачник по основам электрорадиотехники и радиолокации. Под ред. Зимина Г.В. М., Военное издательство. 1967. 528 с.

20. Радиолокационные системы в ракетной технике. М., Воениздат, 1974, 340 с.

21. Радиолокатор управляет автомобилем. Ветлинский В.А. Наука и техника №2, 1983.

22. Grimes D.M., Jones Т.О. Automotive Radar: A Brief Review. Proceedings of the IEEE, Vol. 62, No 6, June 1974.

23. Ganci P., Potts S., Okurowski F. A Forward looking Automotive Radar Sensor. Proceedings of the Intellegent Vehicles 1995 Symposium, Sept. 1995.

24. David W. FMCW Sensors for longitudinal Control of Vehicles. Society of Automotive Engineers, Special Publicaton, Vol. No 1106, Nov. 1995.

25. Grosch Т., Klimkiewicz W. and others. A 24 Ghz. FM/CW Automotive Radar designed for collision warning. Proceedings of the International Society for Engineering, Vol. 2344, Nov. 1995.

26. Попов А.Г. Пути построения корабельной декаметровой РЛС загори-зонтного обнаружения со сложным сигналом. Диссертация канд. техн. наук. -Л.: ЛЭТИ, 1984.

27. Нилов М.А. Квазинепрерывный сигнал, обеспечивающий независимость принимаемой энергии от дальности цели//Автономные и радиотехнические устройства корабельных систем. Изв. ЛЭТИ. Сб. научн. тр. Л.: Изд. ЛЭТИ, 1982. - Вып. 307. - С. 25-31.

28. А. С. № 208101 СССР. РЛС со сложным фазоманипулированным сигналом. Нилов М.А., Попов А.Г. и др. Заявитель: Ленингр. электротехн. ин-т. Заявка № 3077522. Приоритет изобрет. 21 нояб. 1983. Зарегистрировано в Гос. реестре изобретений СССР 29 авг. 1984.

29. Нилов М.А. Сложные сигналы для обеспечения помехоустойчивости радиолокаторов//Инновации. СПб.: Изд. СПбГЭТУ, 1998. - № 6. - С. 44-47.

30. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). Под ред. В.В. Григорина-Рябова. М., Сов. радио 1970, 680 с.

31. Ипатов В.П. Полное подавление боковых лепестков периодических корреляционных функций фазоманипулированных сигналов. Радиотехника и электроника. 1977, т. 22, № 8.

32. Чеботарев Д.В., Быстрое Н.Е., Шинков Ю.Е. Когерентная компенсация боковых лепестков корреляционных функций сложных сигналов. В сб. Методы и средства цифровой обработки сигналов. — Новгород, НПИ, 1990.

33. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Пер. с англ. -М., Радио и связь, 1989.

34. Отчет по НИР НИЛ ЦОС "Морская радиолокация" НовГУ «Адаптивная компенсация помех в самолетной РЛС». 2000 г.

35. Нилов М.А., Щербак В.И. Способ выравнивания амплитуд сигналов, перекрывающихся по спектру и длительности//Корабельные комплексы. Изв. ЛЭТИ. Сб. научн. тр. Л.: Изд. ЛЭТИ, 1981. - Вып. 289 - С. 31-34.

36. Валеев В.Г., Гонопольский В.Б. Метод амплитудного подавления негауссовых помех. Радиотехника и электроника, 1981, т. 26, №11.

37. Валеев В.Г., Киреев С.Н. Прохождение сигнала, синусоидальной помехи и шума через нелинейный преобразователь. Радиоэлектроника. 1987, №8.

38. Валеев В.Г., Язовский A.A. Помехоустойчивые адаптивные алгоритмы цифровой обработки многоканальных сигналов. Связь. Проблемы информационного обмена. Сб. научных трудов под ред. Карманова Ю.Т. Челябинск, ЧГТУ, 1995, с. 43.

39. Чеботарев Д.В. Адаптация структуры и мощности квазинепрерывных фазоманипулированных сигналов РЛС к радиолокационной обстановке. — Диссертация канд. техн. наук. Л.:ЛЭТИ,1986.

40. Морская радиолокация. Под ред. Винокурова В.И. — Л., Судостроение, 1986,256 с.

41. Винокуров В.И., Гантмахер В.Е. Дискретно-кодированные последовательности. Ростов на Дону, Изд. Ростовского университета, 1989, 288 с.

42. Быстрое Н.Е. Квазинепрерывный режим работы радиолокационных станций обнаружения и навигации со сложными бинарными фазоманипулиро-ванными сигналами. Диссертация канд. техн. наук. - Новгород: НПИ, 1982.

43. Чернова И.Л. Повышение помехоустойчивости многоканальной РЛС со сложными амплитудно-фазоманипулированными сигналами и временной режекцией мощных мешающих отражений от подстилающей поверхности. -Диссертация канд. техн. наук. Новгород: НПИ, 1988.

44. Вопросы применения сложных сигналов./ Научно-информационный сборник № 2/ Под ред. проф. В.И. Винокурова Л.: ЛЭТИ, 1972.

45. Вопросы применения сложных сигналов./ Научно-информационный сборник № 3/ Под ред. проф. В.И. Винокурова Л.: ЛЭТИ, 1974.

46. Вопросы применения сложных сигналов./ Научно-информационный сборник № 4/ Под ред. проф. В.И. Винокурова Л.: ЛЭТИ, 1976.

47. Вопросы применения сложных сигналов./ Научно-информационный сборник № 5/ Под ред. проф. В.И. Винокурова Л.: ЛЭТИ, 1979.

48. Вопросы применения сложных сигналов./ Научно-информационный сборник № 6/ Под ред. проф. В.И. Винокурова Л.: ЛЭТИ, 1981.

49. Жукова И.Н. Эффективные методы обработки квазинепрерывных сигналов и способы их реализации. Диссертация канд. техн. наук. — Новгород: НПИ, 1999.

50. Сифоров В.И. Радиоприемные устройства. М., Воениздат, 1954.

51. Rihaczek A.W. Radar Resolution Properties of Pulse Trains. — Proc. IEEE, v. 52, No 2, p. 153-164, Febr., 1964.

52. Sherman H. Some Optimal Signals for Time Measurement. Trans. IRE, 1956, IT-2, No 1.

53. Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.: Сов. радио, 1975.-200 с.

54. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах). Том 3. Радиолокационные устройства и системы и. Под ред. A.C. Виницкого. М., Сов. радио, 1976.58. Патент США № 3727222.

55. Винокуров В.И., Ваккер P.A. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. М.: Сов. радио, 1972.

56. Вопросы скрытности и помехоустойчивости при применении в радиолокации сложных псевдошумовых сигналов/ Под ред. В.И. Винокурова — М.: Воениздат Мин. обороны СССР, 1977.

57. Калениченко С.П. Исследование методов построения корабельных радиолокационных станций со сложными сигналами. — Диссертация канд. техн. наук.-Л.: ЛЭТИ, 1976.

58. Ипатов В.П. Периодические дискретные сигналы с оптимальными корреляционными свойствами. -М.: Радио и связь, 1992. — 152 с.

59. Ипатов В.П. Троичные последовательности с идеальными автокорреляционными свойствами//Радиотехника и электроника, 1979, №10. — С. 20532057.

60. Ипатов В.П. К теории троичных последовательностей с идеальными автокорреляционными свойствами//Радиотехника и электроника, 1980, Т.25, №4.-С. 723-727.

61. Камалетдинов Б.Ж., Ипатов В.П. Троичные последовательности с идеальными автокорреляционными свойствами//Радиотехника и электроника, 1987, Т.32, №1.

62. Гантмахер В.Е. Анализ, синтез и формирование дискретно кодированных сигналов с применением в радиолокации. — Диссертация докт. техн. наук. -Новгород, 1996.

63. Быстров Н.Е и др. Экспериментальное исследование сложных квазинепрерывных сигналов на макете корреляционной РЛС Зх-см. диапазо-на//Научно-информационный сборник №5. Под ред. проф. В.И. Винокурова. -Л: ЛЭТИ, 1979.

64. Рейд М: Отчеты по договору с НРШ «Радар»; Науч. руководитель Гантмахер В.Е., исп. Быстров Н.Е., Чеботарев Д.В. и др. Новгород, 1981.

65. Олень-С: Отчеты по договору с НИИ «Радар»; Науч. руководитель Гантмахер В.Е., исп. Быстров Н.Е., Чеботарев Д.В. и др. Новгород, 1984.

66. Прут М: Отчеты по договору с НИИ «Радар»; Науч. руководитель Гантмахер В.Е., исп. Быстров Н.Е., Чеботарев Д.В. и др. — Новгород, 1990.

67. Чеботарев Д.В., Быстров Н.Е:, Шинков Ю.Е. Когерентная компенсация боковых лепестков корреляционной функции сложных сигналов// Методы и средства цифровой обработки сигналов: Межвуз. Сб. Новгород: НПИ, 1990. -С. 57 - 62.

68. Разработка помехоустойчивого радиолокатора с экологически безопасным уровнем излучения мощности: Отчеты о НИР 69/ЦОС-ГБ/НовГУ; Науч. руководитель Чеботарев Д.В., исполнители Жукова И.Н. и др. Новгород, 1995-1998.

69. Разработка помехоустойчивого радиолокатора с экологически безопасным уровнем излучения мощности: Отчеты о НИР 69/ЦОС-ГБ/НовГУ; Науч. руководитель Чеботарев Д.В., исполнители Жукова И.Н. и др. — Новгород, 1995-1998.

70. Проблемы развития экологически чистых РЛС с повышенной помехоустойчивостью: Отчеты о НИР 48/ЦОС-ГБ/НовГУ; Науч. руководитель Быстрое Н.Е., исполнители Жукова И.Н. и др. Новгород, 1994-1999.

71. Радар-94: Отчеты о НИР 801/НИЛ-ЦОС-19/НовГУ; Науч. руководитель Быстров Н.Е., исп. Жукова И.Н. и др. Новгород, 1994.

72. Радар-96: Отчеты о НИР 801 /НИЛ-ЦОС- 19/НовГУ; Науч. руководитель Быстров Н.Е., исп. Жукова И.Н., Ушенин А.Б. и др. Новгород, 1996.

73. Гранит-1: Отчеты о НИР 951/ЦОС-29/НовГУ; Науч. руководитель Быстров Н.Е., исп. Жукова И.Н, Ушенин А.Б. и др. Новгород, 1997.

74. Быстров Н.Е., Жукова И.Н. Сегментная обработка квазинепрерывных сигналов//Перспективные технологии в средствах передачи информации: Материалы 2-ой международной научно-технической конференции. — Гаврилов-Посад: Институт оценки земли, 1997. С. 121-122.

75. Ушенин А., Реганов В., Нырков М. Реализация устройства формирования и обработки сложнокодированных сигналов с большой ба-зойЮлектронные компоненты 1998, №5. С. 17-19.

76. Протокол лабораторных испытаний устройства формирования и обработки сигналов. НовГУ НИЛ ЦОС, 1998.

77. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Изд. 2-е. — М., Сов. радио, 1971.

78. Двайт Г.Б.Таблицы интегралов и другие математические формулы. Пер. с англ. Леви Н.В., под ред. Семендяева К.А. М., Наука, 1977.

79. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М., Радио и связь, 1983.

80. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. — М., Наука, 1970.

81. Примеры и задачи по статистической радиотехнике. Под ред. Тихонова В.И. М., Сов. радио, 1970.

82. Сопровождение движущихся целей. Под ред. Фельдмана Ю.И. — М., Сов. радио, 1978.

83. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. -М., Сов. радио, 1957.

84. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 1, Нью-Йорк, 1968, пер. с англ. под ред. Тихонова В.И. М., Сов. радио, 1972.

85. Ван Трис Г. Теория нелинейной модуляции. Том 2, пер. с англ. Под ред. Горяинова В.Т. М., Сов. радио, 1975.

86. Ширман Я.Д., Голиков В.Н. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров. М., Сов. радио, 1963.

87. Левин Б.Р. Шварц В.Б. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М., Сов. радио, 1985.

88. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 1. -М., Сов. радио, 1974.

89. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 2. -М., Сов. радио, 1975.

90. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 3. -М., Сов. радио, 1976.

91. Применение цифровой обработки сигналов. Под ред. Оппенгейма Э. Нью Джерси, 1978: пер. с англ. под ред. Рязанцева A.M. М. Мир, 1980, 552 с.

92. Класс последовательностей для фазовой манипуляции сигналов. Вуз-ман. П.М. Радиотехника №9, Т22, 1967.

93. Современная радиолокация (анализ расчет и проектирование систем). Пер. с англ. под ред. Кобзарева Ю.Б. М., Сов. радио, 1969.

94. Вакман Д.Е. Седлецкий P.M. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. -М., Сов. радио, 1973, 312 с.