Содержание к диссертации
Введение
1 Синтез моделей радиолокационных изображений в обзорно-прицельных радиолокационных комплексах 12
1.1 Параметры обзорно-прицельных РЛС 12
1.2 Моделирование радиоотражений 21
1.2.1. Моделирование радиоотражений от земли при триангуляционной аппроксимации поверхности 30
1.2.2. Формирование спектрально-дальностных портретов и построение РЛИ на их основе 37
1.3 Построение фильтров моделирования и обработки радиоотражений 45
1.3.1. Синтез формирующего фильтра 47
1.3.2. Критерии качества для оптимизации моделей отражений 57
1.4 Выводы по главе 60
2 Анализ радиолокационных сцен 63
2.1 Коррекция влияния отражений по боковым лепесткам 63
2.1.1. Вводные замечания 63
2.1.2. ДОЛ с коррекцией 65
2.1.3. Анализ эффективности коррекции 70
2.2 Выделение объектов на фоне пассивных помех от земной поверхности... 86
2.2.1. Вводные замечания 86
2.2.2. Статистическое описание сигналов и помех 88
2.2.2. Оптимальное обнаружение сигналов на фоне коррелированных помех.. 91
2.2.3. Построение обеляющего фильтра на основе модели мешающих отражений 94
2.3 Выводы по главе 99
3 Выделение движущихся наземных целей 101
3.1 Вводные замечания 101
3.2 Обнаружение движущихся наземных целей при картографировании поверхности земли 103
3.2.1. Формирование амплитудно-частотной характеристики фильтра обработки на основе биспектральных оценок 107
3.2.2. Сравнительный анализ эффективности на основе характеристик обнаружения 113
3.3 Повышение точности оценки угловых координат и скорости наземных малоподвижных целей 119
3.4 Выводы по главе 127
Заключение 128
Список используемых источников 130
Приложение 1 Список аббревиатур и основных условных обозначений... 147
- Моделирование радиоотражений от земли при триангуляционной аппроксимации поверхности
- Критерии качества для оптимизации моделей отражений
- Построение обеляющего фильтра на основе модели мешающих отражений
- Формирование амплитудно-частотной характеристики фильтра обработки на основе биспектральных оценок
Введение к работе
Актуальность работы. Обнаружение движущихся целей на фоне пассивных помех является одной из важнейших задач радиолокационных станций (РЛС) различного назначения. Проведенный анализ современных источников по теме диссертационной работы показал, что активно ведутся исследования, направленные на повышение эффективности систем селекции движущихся целей (СДЦ) при обнаружении малоподвижных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности, особенно при маловысотном полете носителя РЛС. Интенсивное развитие алгоритмов коррекции инерциальных систем навигации по полю радиолокационного контраста повышает требования к априорной информации по маршруту полета, а также методам моделирования и обработки радиолокационных изображений (РЛИ) местности. Формирование РЛИ при маловысотном полете сопряжено с рядом трудностей, связанных, в частности, с искажениями отображаемой информации, вызванными высокой интенсивностью отражений по боковым лепесткам (БЛ) диаграммы направленности антенны (ДНА). Поэтому разработка алгоритмов простран-ственно-доплеровской обработки радиолокационной информации и устройств СДЦ для бортовых РЛС (БРЛС) в режиме воздух-поверхность, является современной и актуальной задачей, имеющей существенное научно-практическое значение.
Цели и задачи диссертации
Цель работы - разработка средств повышения эффективности функционирования БРЛС в режиме воздух-поверхность при маловысотном полете носителя РЛС.
Для достижения поставленных целей в работе решены следующие основные задачи:
-разработка и обоснование процедуры формирования РЛИ по маршруту полета на основе данных электронных карт геоинформационных систем (ГИС);
синтез и анализ алгоритма построения радиолокационных теней для повышения адекватности моделируемых РЛИ в условиях изменяющейся геометрии области тени при маловысотном полете носителя РЛС (полет над сильно пересеченной или горной местностью, зонами городской застройки и т.д.);
разработка и анализ процедур построения моделирующих фильтров по оценкам спектров мощности радиоотражений (спектрально-дальностным портретам) для имитации воздействия различных видов шумов (собственные шумы приемника РЛС, спекл шумов и т.д.), характерных для практической работы РЛС;
разработка метода формирования РЛИ подстилающей поверхности, полученного с помощью бортовых радиолокационных систем, рабо-
2 тающих в режиме доплеровского обужения луча, в передней полусфере при маловысотном полете, и осуществляющего коррекцию искажений, обусловленных отражениями в пределах одной изодопы по БЛ ДНА, форма которых априорно неизвестна;
проведение анализа эффективности предложенного метода коррекции, а также с дополнительной весовой обработкой спектральных компонент, для сравнения по точности отображаемой информации с известными алгоритмами формирования РЛИ в передней полусфере;
синтез и обоснование предложенного подхода обнаружения малоподвижных наземных целей путем биспектрального анализа спектра мощности отражений от подстилающей поверхности в когерентно-импульсной БРЛС для выделения сигнала от движущейся цели на фоне отражений по главному лепестку (ГЛ) ДНА;
разработка метода повышения точности оценки угловых координат и скорости наземных малоподвижных целей посредством восстановления границ затенений в спектре отражений и последующей обработки спектрально-дальностного портрета (СДП) радиоотражений на основе алгоритмов фоновой локации.
Методы исследования основаны на статистической радиотехнике, математической статистике, матричном исчислении, параметрическом моделировании случайных процессов, а также геометрических построениях для формирования радиолокационных отражений от различных сред и поверхностей при изменении условий наблюдений. Теоретические методы сочетались с экспериментальными исследованиями, проведенными путем имитационного моделирования и натурных испытаний.
Основные положения, выносимые на защиту
Инвариантная к ракурсу наблюдения методика моделирования радиолокационных сцен по маршруту полёта, основанная на триангуляционной аппроксимации подстилающей поверхности, заданной формируемой гибридной картой, и на разработанной процедуре формирования теней, для различных режимов работы БРЛС в передней полусфере.
Процедура коррекции РЛИ, формируемого бортовыми радиолокационными системами с доплеровским обужением луча, в передней полусфере при маловысотном полете, позволяющая достичь выигрыша (в точности отображения радиолокационной сцены) до 6...13,67 дБ (в зависимости от конкретной радиолокационной сцены и параметров БРЛС) в сравнении с классическим методом доплеровского обужения, путём размещения на борту дополнительной всенаправленной антенны для формирования вспомогательного приёмного канала и использования получаемой от него информации для компенсации влияния паразитных изодопных составляющих.
Алгоритм выделения малоподвижных наземных объектов, сигналы от которых попадают в доплеровские каналы, соответствующие области
интенсивных отражений от подстилающей поверхности по главному лучу диаграммы направленности антенны, позволяющий увеличить на 3...7 дБ отношение мощностей сигнал-(помеха+шум) по сравнению с оптимизированным режекторным фильтром. Выигрыш достигается за счет более детального анализа спектра отражений от подстилающей поверхности с учетом динамики изменений спектральных компонент вдоль линии визирования.
Научное и практическое значение
В рамках данной диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:
разработан алгоритм модельного формирования РЛИ по маршруту полета летательного аппарата (ЛА) на основе данных карт ГИС о рельефе местности и видов материалов поверхности;
разработан метод коррекции искажений радиолокационного изображения, формируемого бортовыми радиолокационными системами с допле-ровским обужением луча, в передней полусфере при маловысотном полете;
предложен алгоритм выделения малоподвижных объектов, сигналы от которых попадают в доплеровские каналы, соответствующие области интенсивных отражений от подстилающей поверхности по ГЛ ДНА;
проведен сравнительный анализ эффективности оптимизированного режекторного фильтра и фильтра, реализующего высокочастотную фильтрацию спектра отражений, при этом показана целесообразность применения высокочастотной фильтрации в области отражений по ГЛ ДНА (используется дополнительная информативная составляющая, позволяющая повысить точность оценки угловых координат и скорости наземных малоподвижных целей).
Реализация результатов исследований позволит повысить эффективность навигации летательных аппаратов, обнаружения малоподвижных целей и помехозащищенность системы, что обеспечит улучшение показателей БРЛС в целом.
Реализация и внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены в разработки Научно-конструкторского центра видеокомпьютерных технологий (НКЦ ВКТ) ФГУП ГРПЗ по теме «Система комплексной обработки навигационной информации» (СКОНИ), г. Рязань, а также в учебный процесс Рязанского государственного радиотехнического университета при преподавании дисциплин «Радиолокационные системы» и «Теория и техника радиолокационных и радионавигационных систем», в том числе в форме программно-методического обеспечения к лабораторным работам. Внедрения подтверждены соответствующими актами. Научные и практические результаты работы использованы в процессе выполнения 4-х НИР.
4 Апробация работы
Результаты работы докладывались на следующих конференциях.
Вторая международная конференция «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации» (ARMIMP-2007), г. Суздаль, 2007.
15-я МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций», г. Рязань, 2008.
40-я научно-техническая конференция «Радиотехнические системы и устройства», г. Рязань, 2008.
10-я международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение», г. Москва, 2007.
VII международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Самара, 2008.
Международная научно-техническая конференция «К 100-летию со дня рождения В.А. Котельникова», г. Москва, 2008.
41-я научно-техническая конференция преподавателей и сотрудников РГРТУ «Радиотехнические системы и устройства», г. Рязань, 2010.
Публикации
Всего опубликовано 18 печатных работ, из них по теме диссертации 13 работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в список ВАК, 5 статей в межвузовских сборниках научных трудов, 5 тезисов докладов на научных конференциях международного и всероссийского уровней. Результаты работы использованы в промежуточных и заключительных отчетах по 4 НИР.
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа общим объемом 158 страниц состоит из введения, трех разделов, заключения, приложений и списка литературы, включающего 154 наименования. Иллюстративный материал представлен 51 рисунком и 1 таблицей.
Моделирование радиоотражений от земли при триангуляционной аппроксимации поверхности
Выбор частоты повторения импульсов (ЧПИ) в общем случае оптимизируется в зависимости от типа подстилающей поверхности, высоты полета носителя РЛС, характеристик ДНА, диапазона скоростей ожидаемых целей. В тех случаях, когда уровень МО сравнительно мал, можно рекомендовать достаточно низкие ЧПИ, при которых можно обнаруживать цели на догонных курсах и при малых скоростях без усложнений, связанных с устранением неоднозначности по дальности. Для эффективного обнаружения приближающихся целей и при значительном уровне МО выбирают высокие ЧПИ. При работе над подстилающими поверхностями различного типа, когда МО изменяются по интенсивности в значительных пределах, наиболее широко используются СЧП, но целесообразнее [33, 51, 56] применять для каждого из азимутальных секторов различные ЧПИ, наиболее эффективные для данного направления.
Один из этапов обработки сигналов предполагает доплеровскую фильтрацию в каждом канале разрешения по дальности. Фильтрация осуществляется, как правило, с использованием алгоритмов БПФ. После доплеровской фильтрации сигналы подаются на обнаружители с автоматически изменяющимся порогом для поиска сигналов, который адаптивно изменяется для обеспечения критерия Неймана-Пирсона [12, 19]. На заключительном этапе обработки сигналов производится устранение неоднозначностей по дальности и доплеровской частоте путем совмещения данных, полученных при различных ЧПИ (за время облучения используется 3-5 ЧПИ [9, 11, 13]). Результаты обработки сигналов поступают на процессоры обработки радиолокационных данных (вторичная обработка) для построения траекторий целей и их индикации. Следует учитывать, что наряду с традиционными задачами обеспечения навигации, целеуказания и прицеливания современные БРЛС также должны решать и задачи обнаружения малоразмерных, малоподвижных и неподвижных, в том числе и замаскированных наземных целей. Таким образом, современные БРЛС осуществляют более детальную обработку спектра МО (отдельно анализируются области с большой интенсивностью пассивных помех), разрабатываются алгоритмы комплексирования выделяемой информации.
Одним из способов повышения эффективности работы РЛС является увеличение априорной информации (до начала обработки — фильтрации) о помеховой обстановке [15, 57]. Принципиальное значение имеет наличие исходных данных, связанных с оценкой предполагаемого РЛИ подстилающей поверхности и спектра этих отражений, полученных при различных условиях наблюдения. Учитывая сложность экспериментального получения данных в виде реального РЛИ одного и того же участка поверхности для всего многообразия условий наблюдения (ракурсы облучения, скорость полета летательного аппарата, режим работы РЛС и т.д.). Предлагается альтернативный способ формирования РЛИ и спектра отражений интересующих участков поверхности, основанный на компьютерном моделировании радиолокационных отражений при триангуляционной аппроксимации поверхности земли [58, 59]. Отметим, что моделирование рассеяния электромагнитного поля некоторыми простыми телами проводят на основе точных решений, полученных из уравнений Максвелла. Для описания объектов более сложных форм используют метод интегральных уравнений. Использование точных методов в высокочастотной области затруднено, т.к. при длине волны излучаемых колебаний гораздо меньше, чем размеры анализируемых объектов существенно возрастают вычислительные затраты на построение модели РЛИ. В современных БРЛС характерно использование миллиметрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн. В настоящее время наблюдаются тенденции в разработки РЛС миллиметрового диапазона [28, 30, 60]. Для решения задач анализа и моделирования в этих диапазонах широко используются приближенные лучевые и токовые методы. К лучевым методам относят методы геометрической оптики и геометрической теории дифракции [61, 62].
Наиболее часто встречаемые в публикациях методы моделирования РЛИ основаны на применении упрощенных моделей, использующих законы оптики совместно с предположением об идеально шероховатой поверхности, фацентных моделей, статистических моделей [63], моделей рассеяния от сферических и цилиндрических поверхностей, а также их комбинаций.
Моделирование РЛИ в данной работе основывается на комбинации лучевой и фацетной теории отражения, модифицированной согласно принятой триангуляционной аппроксимации поверхности. При этом спекл-шумы вводятся отдельно на основе их статистических моделей.
Фацетный подход был выбран ввиду разработки модели для РЛС миллиметрового диапазона длин волн, где целесообразно использовать методы геометрической оптики, а также то, что этот подход эффективно использует информацию о картографических данных, полученных с помощью геоинформационных систем (ГИС) [64], и является удобным и наглядным инструментом при моделировании регулярных деформаций РЛИ. При фацетной модели отражающая поверхность представляется в виде совокупности плоских пластинок небольших размеров (фацетов) [13].
Иллюстрированный материал главы моделирования РЛИ базируется как на искусственно сконструированном рельефе, так и на реальном ландшафте в том числе с городской застройкой. Такой подход позволил оценить адекватность предложенного метода моделирования посредством совмещения моделируемого РЛИ и реального изображения, формируемого на борту летательного аппарата - вертолета (см. приложение 2).
В диссертации рассматривается метод подготовки эталонных РЛИ по полю радиолокационного контраста объектов земной поверхности, предполагается, что текущее изображение формируется когерентной импульсной БРЛС. Она осуществляет передний обзор земной поверхности и формирует РЛИ в координатах азимут-дальность, с последующим преобразованием в прямоугольные координаты, как более удобные для совмещения с картой [65]. Моделирование РЛИ осуществляется по электронной карте местности, заданным параметрам БРЛС с учетом динамики полета носителя.
Критерии качества для оптимизации моделей отражений
Как видим на рис. 1.17 РЛИ в режиме реального луча искажено отражениями по БЛ ДНА от объекта, расположенного вне сектора сканирования (см. исходную карту ГИС). Рассматриваемый объект находится в области первого бокового лепестка ДНА и обладая большой ЭПР (являясь радиоконтрастным объектом поверхности) искажает информации об отражении в анализируемом элементе разрешения, соответствующем текущему направлению ГЛ. В режиме ДОЛ отражениям от подстилающей поверхности по ГЛ ДНА соответствуют определенные доплеровские каналы, которые и анализируются при формировании РЛИ в режиме ДОЛ. Отражениям от радиоконтрастного объекта соответствуют другие доплеровские каналы (отбрасываемые при формировании РЛИ), т.к. скорость связана с угловыми координатами выражением (1.4).
Адекватность модели проверялась применительно к задаче навигации по полю радиолокационного контраста посредством совмещения реальных РЛИ и синтезируемыми по предложенной методике (см. приложение 2).
Оценка работоспособности предложенной методики заключалась в построении имитационной модели, связывающей расчетные математические соотношения с процедурой генерации случайного процесса, подобного реальным эхо сигналам. Для синтеза алгоритмов их цифровой обработки применяется параметрическая модель авторегрессии-скользящего среднего (АРСС) [73].
Моделируемые полимодальные радиолокационные отражения от подстилающей поверхности возникают при работе комплекса радиозондирования, расположенного на борту летательного аппарата. В качестве основы для построения имитирующего помеховую обстановку фильтра была принята параметрическая авторегрессионная (АР) модель как хорошо описывающая характерные для локационных отражений узкополосные спектральные составляющие [6, 74-76].
Для формализации постановки задачи приведем математическое описание исходных стохастических процессов. Адекватная математическая модель необходима для достижения основной цели диссертации -оптимизации фильтров моделирования и межпериодной обработки радиолокационных сигналов.
Отметим, что общей особенностью сигналов и помех в радиолокации является то обстоятельство, что в реальных системах и помехи и полезные сигналы в месте приема представляют собой случайные величины, а их изменение во времени - случайный процесс [77].
Можно полагать, что отраженный сигнал является случайной функцией времени, мгновенные значения которой в большинстве случаев распределения по нормальному закону. Процесс, порождаемый источником пассивной помехи, может быть представлен в виде суммы сигналов, отраженных от отдельных элементарных отражателей в пределах разрешаемого объема. Поэтому на основе центральной предельной теоремы пассивная помеха - это многомерный нормальный случайный процесс. Перемещение элементарных отражателей происходит сравнительно медленно. Следовательно, пассивные помехи, в отличие от собственных шумов приемника и широкополосных активных помех, относятся к классу коррелированных процессов [15, 19].
Совместное iV-мерное распределение смести помехи и шума, а так же смеси полезного сигнала s с помехой с и шумом п одинаковы в каждом квадратурном канале. На вход межпериодной системы обработки поступает JV-мерный вектор комплексных отсчетов и, прошедший внутрипериодную обработку в согласованном с одиночным радиоимпульсом фильтре. Комплексное представление и обусловлено проекциями входных отсчетов в каждом из двух квадратурных каналов системы обработки [78]. Квадратурные каналы формируются фазовыми детекторами [79].
Для моделирования радиоотражений в радиолокации широко использовались [19, 80, 81] модели комплексных iV-мерных случайных процессов, распределение плотности вероятностей W которых имеет вид: — для аддитивной смеси помехи с и шума п: где R, R1 - прямая и обратная корреляционные матрицы исходного процесса соответственно; - знак комплексного сопряжения.
Условно можно подразделить компоненты исходного процесса на широкополосные и узкополосные [82]. Для широкополосной (некоррелированной) компоненты с равномерным спектром в рабочей полосе частот используют модель белого шума [83] с единичной корреляционной матрицей I [84,85]. Для узкополосных (коррелированных), компонент принято описание в виде марковского процесса различной связности [86].
С точки зрения спектральных характеристик можно выделить отдельные моды (спектральные выбросы) процесса. Моды образованы одной или несколькими совпадающими по относительной частоте коррелированными компонентами. Некоррелированные компоненты суммируются по мощности, внося вклад в общую шумовую составляющую процесса. Поэтому можно говорить об одной некоррелированной составляющей, которая физически представляет собой сумму всех некоррелированных компонент.
Для моделирования радиоотражений от подстилающей поверхности, учитывая сделанные замечания об их статистическом описании, целесообразно применять линейный моделирующие фильтры, которые могут иметь как прямые, так и обратные связи.
Построение обеляющего фильтра на основе модели мешающих отражений
При полете на малых и предельно малых высотах с большими скоростями повышаются требования к адекватности и своевременности информации об окружающем летательный аппарат пространстве. Необходимая информация предоставляется бортовой цифровой вычислительной системой, обеспечивающей высокую вычислительную производительность, которая постоянно наращивается и на текущий момент составляет более 10 миллиардов операций в секунду при реализации модулей цифровой обработки сигналов на базе сигнальных процессоров и ПЛИС [92]. Это позволяет осуществить обработку больших массивов данных в реальном масштабе времени и повысить адекватность предоставляемой информации за счет использования дополнительных процедур обработки.
Среди бортовых источников информации важную роль играют бортовые радиолокационные системы, обладающие высокой степенью инвариантности к погодным, климатическим и временным условиям функционирования. Вместе с тем БРЛС уступают оптическим системам по детальности изображения [46, 47]. Для устранения этого недостатка в БРЛС используются различные алгоритмы обработки при формировании РЛИ [34, 93] и режимы работы (см. главу 1).
Одним из широко используемых в современных БРЛС режимов работы, при формирования РЛИ поверхности земли в передней полусфере, является режим доплеровского обужения луча (ДОЛ) [38, 94, 95]. Этот режим позволяет обеспечить селекцию отражений, поступающих по главному лепестку диаграммы направленности антенны, от отражений по боковым лепесткам. При маловысотном полете в режиме обхода препятствий (обзор в передней полусфере) сложности селекции спектральных составляющих, соответствующих ГЛ ДНА, связаны с их искажением отражениями, приходящими по БЛ ДНА в пределах одной изодопы. Это приводит к искажению отображаемой информации, т.к. возрастает яркость на экране индикатора, соответствующая мощности отраженного сигнала в анализируемом элементе разрешения [96]. Эти искажения можно было бы скомпенсировать при наличии априорных данных о форме всей ДНА, но на практике достоверно известна только форма ГЛ ДНА, а БЛ имеют сильно изрезанную форму, которая зависит от направления ГЛ ДНА, высоты полета носителя БРЛС и ряда других параметров [58].
Процедуры обработки радиолокационной информации постоянно совершенствуются [97—99], т.к. на текущий момент одной из важных проблем радиолокации до сих пор остается проблема борьбы с мешающими отражениями, обусловленными отражениями от подстилающей поверхности, которые приводят к искажениям РЛИ.
Классический метод компенсационной антенны здесь неприменим. ДНА компенсационного канала формируется, прежде всего, так что бы устранить влияние первых БЛ ДНА основной антенны, а при маловысотном полете на РЛИ оказывает влияние вся форма ДНА. Следовательно, применение методик на основе классических компенсаторов так же приводит к искажению отображаемого РЛИ, например, появление контрастного объекта в передней полусфере вне первого БЛ ДНА и с симметричного направления в секторе сканирования относительно текущей ориентации ГЛ ДНА неизбежно приведет к неправильной интерпретации данных, особенно если анализируемый элемент разрешения соответствует области радиолокационной тени [59].
В связи с вышеизложенным, в первой части второй главы диссертации рассматриваются следующие задачи: 1. Разработка метода коррекции искажений, обусловленных отражениями по БЛ ДНА, путем размещения на борту дополнительной всенаправленной антенны для формирования вспомогательного приемного канала и использования получаемой от него информации для снижения влияния паразитных изодопных составляющих. 2. Анализ эффективности предложенного метода для сравнения по точности отображаемого РЛИ с известными алгоритмами формирования РЛИ в передней полусфере. Полученные результаты сравнения позволят определить область целесообразного применения предлагаемых средств коррекции. На входе приемника мощность отражения от элемента разрешения поверхности с угловыми координатами а, Р относительно пространственного положения носителя РЛС (см. рис. 1.3), определяется выражением (1.3). Матрица радиолокационного изображения в БРЛС формируется построчно (по стробам дальности) вдоль линии визирования, поэтому зафиксируем анализируемую строку матрицы, т. е. анализ осуществим в одном кольце дальности. Таким образом, обработку проводим отдельно для каждого j -ro строба j = О, (М -1), где М - число стробов дальности. Усредним расстояние в пределах строба дальности, положив его равным расстоянию до середины строба. Объединим величины в выражении (1.3), не зависящие от пространственного положения и характеристик разрешаемого сегмента поверхности, в нормирующий множитель к: к = РперА,2Д(4я)3і?4].
Перейдем в спектральную область, формируя доплеровский портрет получаемого отражения от разрешаемого элемента поверхности при каждом направлении ГЛ ДНА в пространстве (столбцы матрицы формируемого изображения определяются положением ГЛ ДНА в азимутальной плоскости). Для этого воспользуемся соотношением (1.2), связывающим угловое положение точки в пространстве с углом, образующим конус равных доплеровских скоростей. Для оценки сектора усреднения параметров (в пределах разрешения Ду по углу у) воспользуемся соотношением (1.1). Преобразуем выражение (2.1) с учетом выражений (1.1) и (1.2):
Формирование амплитудно-частотной характеристики фильтра обработки на основе биспектральных оценок
Для обобщенной оценки эффективности предлагаемого метода найдем средний выигрыш. Для этого усредним выигрыши в эффективности в направлениях ос,-, соответствующих углам у, ширина которых меньше или равна ширине ГЛ ДНА (режим ДОЛ может селектировать спектральные составляющие отражений по главному лепестку), т.е. усреднение проводим по стробам дальности по селектируемым спектральным компонентам при каждом азимутальном направлении в пределах сектора сканирования. Выигрыш предложенного метода по усредненному критерию (2.7) оценки эффективности, в сравнении с классическим режимом ДОЛ, составляет 13,67 дБ (23,28 раза) для анализируемой карты местности при заданных параметрах БРЛС.
Как было отмечено выше, предложенный метод коррекции уступает классическому режиму ДОЛ: наблюдаются искажения информации в узком секторе переднего обзора, где нет возможности селектировать ГЛ ДНА, очевидно этот сектор можно оценить заранее и задавать (переключать) режим работы РЛС в соответствии с априорными данными о снижении эффективности ДОЛ с коррекцией в текущем секторе [105, 106]. Следует заметить, что искажения можно уменьшить, воспользовавшись классической весовой обработкой спектральных компонент [6, 107, 108]. Для этого достаточно связать нормирующие коэффициенты спектральных компонент в области, где нет возможности выделять ГЛ ДНА, с суммой КУ БЛ и КУ ГЛ взятых с весами, пропорциональными занимаемой ими относительной ширине спектра, соответствующей анализируемому доплеровскому каналу.
В качестве КУ БЛ ДНА берутся оценки G\n, формируемые в каждом стробе дальности в соседних доплеровских каналах на предыдущем шаге сканирования ДНА, когда еще была возможность выделения спектральных компонент ГЛ ДНА. Алгоритм формирования G n(l) можно разбить на рекуррентную процедуру, включающую три этапа. Анализ начинается с положения ГЛ ДНА і = О, соответствующего максимальному азимутальному отклонению ГЛ ДНА, и продолжается до ситуации когда азимут равен 0. Отдельно рассматриваются оба направления сканирования. Алгоритм формирования оценок КУ БЛ ДНА. 1. Зная КУ ГЛ ДНА и распределение мощности в спектре ГЛ ДНА, оцениваем в соответствии с выражением (2.2) величины, не зависящие от ДНА кС{1) во всех доплеровских каналах занимаемых ГЛ (анализируются только те каналы, полоса которых полностью перекрыта ГЛ). 2. На следующем шаге сканирования (следующее положение / ГЛ ДНА в пространстве) в одном (или нескольких, определяется шагом сканирования и шириной ГЛ ДНА) из анализируемых на 1-м шаге доплеровских каналах мощность Рпр(/) будет обусловлена отражениями по Б Л ДНА G R(J), параметрами БРЛС к и поверхности С(/), считаем что смещение носителя в пространстве за этот период пренебрежимо мало, тогда по выражению (2.2) и оцененном на 1-м шаге произведению к С (і) находим Сгл(/). 3. По скорости летательного аппарата, параметрам системы обработки и ширине ГЛ ДНА находим разрешение по углу в секторе сканирования. Вычисляем сектор углов, соответствующих неоднозначному разрешению АГ ГЛ ДНА. Отметим, что невозможно точно селектировать ГЛ ДНА, когда в частотной области спектральные компоненты ГЛ ДНА занимают меньше 1 канала или наблюдается ситуация, показанная на рис. 2.7). На рис. 2.7 представлен участок СПМ, являющейся вырезкой из СДП (11 строб дальности) РЛИ (рис. 2.4 а) в азимутальном направлении а0 = 8. Если разрешения Ду, на краях сектора сканирования достаточно для построения адекватной модели коэффициентов передачи доплеровских каналов, обусловленных формой и пространственным положением ДНА, GjHi( »0 то вычисления по пунктам 1-2 алгоритма прекращаются при перекрытии ширины рассчитанных Б Л ДНА ширины сектора — АГ. Если же разрешения Ау/ на краях сектора сканирования недостаточно, то вычисления Сгл(/,і) по пунктам 1-2 проводим в анализируемом секторе сканирования, затем для каждого GBJ1(l,i) проводим аналогичные вычисления, формируя таким образом тензор как послойное наложение NJ2 матриц G\n(i ) с коэффициентами (7л (/, ) і = Q,(N d -I), где Nd - число итераций (вычислений по пунктам 1-2), необходимое для построения адекватной модели коэффициентов передачи доплеровских каналов. Итоговые коэффициенты передачи вычисляются посредством анализа тензора отдельно вдоль каждого луча / = 0,(Л -1), т.е. в сечении плоскостями GBJ](/,/ = const,і) - фиксированное азимутальное положение ГЛ ДНА, и GM(/ = const, і,і ) - фиксированный доплеровский канал. Для рассматриваемой радиолокационной сцены, построенной по ландшафту, представленному на рис. 2.3, и тех же параметрах БРЛС и носителя, проведем расчет по приведенному выше алгоритму формирования оценок коэффициентов передачи доплеровских каналов. Рассчитаем обеспечиваемое разрешение по углу у в половине сектора сканирования (диапазон азимутальных положений ГЛ ДНА принимает значения от 0 до 30). Минимальная частота, занимаемая отражениями по Г Л ДНА, находится на основе параметров антенной системы и скорости движения носителя РЛС 2V по выражению.
