4. Расчёт параметров средств помехозащиты (алгоритма
помехозащиты, структуры и параметров)
Активные помехи, принятые антеннами РЛС, смешиваются на входе приемника с полезным сигналом и шумом, образуя входную реализацию. Основные особенности взаимодействий АП и полезных сигналов – полное или частичное их совпадение во времени, перекрытие по частоте и различие в направлении прихода радиоволн. При совместной обработке полезных сигналов и помех необходимо учитывать, что и сигнал и помеха являются одновременно функцией времени, частоты, начальных фаз и амплитуд, а также направлений прихода сигналов и параметров поляризации волны, т. е. являются пространственно-временными сигналами. Обычно алгоритм обработки сигналов активных помех разделяют на пространственный и временной алгоритмы. Сначала производится обработка сигнала в пространстве с помощью пространственного фильтра, осуществляемого соответствующим построением антенной системы, затем сигнал подвергается обработке во временной области.
Оптимальная пространственная обработка сводится к умножению на комплексный коэффициент передачи сигнала с каждого элемента раскрыва антенны. Для этого необходимо раздельно управлять амплитудой и фазой сигнала в каждой точке раскрыва антенны, чего можно достичь только в ФАР. Положительными свойствами ФАР являются возможность электрического сканирования луча, возможность формирования нескольких лучей, быстрое перемещение луча ДН, но использование ФАР требует существенного усложнения антенной системы за счет введения дополнительных элементов. Одним из наиболее эффективных алгоритмов пространственного подавления помех является использовании адаптивных ФАР (в канале обработке каждого элемента ФАР необходим весовой усилитель или аттенюатор и фазовращатель для настройки на заданное направление приема сигнала). В качестве устройства помехозащиты выберем устройство подавления с деформацией ДН антенны которое в свою очередь позволяет сформировать минимум диаграммы направленности в направлении на источник помех и требует дополнительной антенны (рис. 4).
Рис. 4- Структурная схема устройства формирования провала ДН антенны.
f0(Q), f1(Q)- исходные ДН основной и компенсационной антенн.
fΣ(Q)= f0(Q)+Wf1(Q)- результирующая ДН антенной системы.
Если Q1 – угол прихода помехи, то для компенсации необходимо выполнение условия fΣ(Q1)=0, откуда
W= - f0(Q1) /f1(Q1).
Подставив W в выражение для fΣ(Q), получим
fΣ(Q)= f0(Q)-[f0(Q1) /f1(Q1)]f1(Q) [1, стр. 200].
Таким образом, в направлении на источник помехи образуется провал в ДНА. При действии нескольких помех с ряда направлений необходимо применение большого количества компенсирующих антенн, чтобы антенна А0 и одна из других антенн Аi образовали компенсирующее устройство активной помехи с i-ого направления. Структурная схема устройства пространственной обработки для подавления нескольких пространственных помех приведена на рисунке 5.
Рис. 5 Схема пространственной обработки для подавления нескольких (N) помех.
В качестве временного алгоритма применяем устройство компенсации помех с корреляционными обратными связями. Основная антенна принимает помеху, в то время как дополнительная (компенсационная) антенна принимает помеху от того же источника, но отличающуюся по фазе. Используя сигналы этих каналов, можно сформировать компенсатор с корреляционными обратными связями, в котором будет компенсироваться помеха. Такое устройство обеспечивает минимум среднего квадрата напряжения (мощности) помехи на выходе фильтра (рис. 6).
Для подавления пассивных помех, действующих на нашу РЛС ( в роли которых могут выступать дипольные отражатели) будем применять режекторный фильтр, а именно линейный режекторный фильтр с симметричными весовыми коэффициентами, который реализуем при помощи пакета “Стрела 2.0”.
Режекторный фильтр должен подавлять помеху до уровня шумов, следовательно коэффициент подавления помехи должен составлять около -60 дБ.
Рис. 6 Структурная схема компенсатора активной помехи с корреляционными обратными связями.
На рис 7 представлено диалоговое окно программы в котором зададим вид фильтра – СС (КИХ) фильтр-ЧПК, относительную частоту среза 0,1. Порядок фильтра задаем из соображения, чтобы число импульсов в пачке было не меньше чем порядок фильтра +1. Отношение с/(ш+п):
-58.39 дБ
На рис 7 представлено диалоговое окно программы в котором задаем относительную ширину спектра сигнала равной 0,2; вид помехи – с гауссовской формой спектра, относительную ширину спектра флуктуации помехи, как было указано выше, равной 0,1; относительную фазу помехи равной 0. Энергетические соотношения будем задавать на основе полученных ранее, а именно:
отношение сигнал/(помеха+шум) = -58,39 дБ;
отношение шум/помеха = -60 дБ;
количество импульсов в пачке равное 42
Рис. 7
Коэффициент подавления помехи получается равным 57,25 дБ, что приемлемо, учитывая последующее накопление. Симметричность же коэффициентов относительно центрального будет гарантировать линейность фазовой частотной характеристики фильтра.
Структурная схема цифрового режекторного фильтра, в упрощенной форме, имеет следующий вид:
Рис. 8
Чтобы упростить аппаратную реализацию устройства сократим количество умножителей основываясь на симметричности коэффициентов фильтра.
Для того чтобы фильтр нормально работал необходимо ,чтобы на его вход поступало не менее N отсчетов, (где N порядок режекторного фильтра). Посредством остальных 11-6=5 отсчетов можно произвести когерентное накопление.
5. Анализ эффективности применения комплекса помех и средств
помехозащиты
Мерой эффективности режекторного фильтра служит достигнутый, коэффициент подавления. В нашем случае он равен 57.25 дБ, т.е. сигнал помехи фильтр подавляет до уровня шумов. Таким образом, помеха практически полностью исключается из дальнейшей обработки.
Также критерием эффективности служит коэффициент улучшения отношения с/п, в спроектированном фильтре он составляет 39.59 дБ, что означает превышение отношения с/п на выходе над с/п на входе на значительную величину.
6. Оценка требований к программно-аппаратным ресурсам средств
конфликтующих сторон
Обработка РЛИ в рассматриваемой РЛС, как и обработка развединформации в устройстве постановки помех, должна осуществляться в режиме реального времени, это предполагает предъявление соответствующих требований к быстродействию устройств осуществляющих эту обработку.
Цифровые режекторные гребенчатые фильтры (ЦРГФ) подавления помех требуют предварительного преобразования сигналов в цифровую форму с помощью АЦП. В таких устройствах производиться дискретизация по времени, с дискретом . Быстродействие АЦП определяется затратами на преобразование, которые должны быть меньше длительности временного дискрета , где m- число разрядов АЦП. Если быстродействия АЦП не хватает, то переходят к ЦРГФ в виде комплексных фильтров с двумя квадратурными каналами, в которых включены два АЦП.
Аналогичные требования предъявляются и к быстродействию АЦП РПрУ устройства постановки помех.
Требования к устройствам ВОИ менее жесткие, так как, например, индикатор кругового обзора (ИКО) должен обновлять информацию через время обзора.
7. Выбор и технико-экономическое обоснование технологической базы
для реализации проекта
Техническая реализация фильтровых устройств возможна на фильтрах с быстрым преобразованием Фурье (БПФ), а также на микропроцессорах DSP. Всё большую роль в цифровой обработке РЛИ начинают играть программируемые логические интегральные микросхемы (ПЛИС), которые обладают гибкой структурой и возможностью смены программы, в отличие, например от микропроцессоров.
Несколько слов об АЦП. В настоящее время быстродействие использующихся образцов характеризуется частотой дискретизации , например, АЦП AD 6644 фирмы Analog Device (США) имеет , при 14 разрядах кода, динамическом диапазоне 73 дБ и частоте входного сигнала до 39 МГц.
Рис. 9
Типовая реализация устройства обнаружителя движущихся целей (ОДЦ) многоканально по дальности (m = 2000 каналов), рис.9. После подавления помех используется оптимальная, междупериодная обработка сигнала на фоне белого шума. Обычно применяют когерентное накопление остатков вычитания. При этом вводится поправка в фазу сигнала для компенсации движения цели.
Каналы дальности реализуются либо с помощью селекторов дальности в УПЧ, либо с помощью коммутации ячеек ОЗУ.
Селекторы дальности (СД) обеспечивают поступление в каждый из m каналов сигналов только с одного элемента разрешения по дальности. С подавлением помех в ЦРГФ информация записывается в ОЗУ, а затем фильтруется на основе n-точечного алгоритма БПФ, пусть даже с неоднозначностью по скорости. Причем n = N-Kф = 42-6 = 36, где N- количество импульсов в пачке, а Кф - порядок режекторного фильтра.
8. Составление структурной схемы устройства и описание её работы.
Структурную схему устройства постановки активных шумовых помех представим в упрощенном виде, так как перед нами не лежит конкретная задача разработки передатчика и антенной системы. Данная схема изображена на рисунке 10:
Рис. 10
Данная схема использует сложение мощностей и работу на одну антенну. ФАР позволяет сконцентрировать всю энергию в узком луче и направить его на подавляемое РЭС. Это наиболее перспективная схема, к достоинствам которой можно отнести простоту изготовления и применения а также дешевизну конструкции если стоит вопрос о большом количестве изготавливаемых передатчиков.
На основе приведенных выше рассуждений и расчетов нам известно что необходимо применять когерентную систему. Ниже приведем один из возможных вариантов построения псевдокогерентного радиолокатора высокой скважности (рис. 11). Такое построение когерентно- импульсных радиолокаторов[5, стр. 169] характерно при использовании однокаскадных передатчиков. Генератор ВЧ работает в режиме самовозбуждения при модуляции импульсами высокой скважности. Опорный когерентный сигнал формируется когерентным гетеродином, который синхронизируется по фазе импульсами генератора высокой частоты, предварительно преобразованными на пч, так как когерентный генератор работает на промежуточной частоте. Принятые сигналы сравниваются с опорным на пч в детекторе. РГФ осуществляет селекцию сигналов движущихся целей. После этого производится вычисление параметров целей, затем селекция ложных целей. После усиления в усилителе сигналы движущихся целей подаются на индикатор.
Рис. 11. Структурная схема псевдокогерентного радиолокатора высокой скважности.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы были получены ценные навыки расчета параметров РЭС разных сторон РЭ конфликта, а также навыки анализа эффективности подавления и помехозащиты. Был произведен эскизный расчёт РЛС и параметров помехозащиты. Определена структура средств помехопостановки и помехозащиты.
Таким образом, курсовая работа достигла всех поставленных целей и задач.
Список использованных источников
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. - М.,: Радиотехника, 2004 г.
2. Радзиевский В.Г. Сирота А.А. Теоретические основы радиоэлектронной разведки. - М.,: Радиотехника, 2004 г.
3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1986 г.
4. Кузьмин С.З. Цифровая обработка РЛИ. – М.: Советское радио, 1967 г.
5. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Радио и связь, 1981 г.
6. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1983. – 536 с., ил.
7. Основы системного проектирования радиолокационных систем и устройств: Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем»: Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: В.И. Кошелев, В.А. Федоров, Н.Д. Шестаков. Рязань, 1995, 60 с.
Страницы: 1, 2
