Обоснование параметров зондирующего импульсного сигнала с ЛЧМ для задачи обнаружения малоразмерных целей на фоне пассивных помех

Исходя из анализа, проведённого автором в работе [1], наиболее подходящим типом ЗС для задачи обнаружения цели типа МБЛА, с т. з. обеспечения достаточной энергетики и оптимальной разрешающей способности по дальности, является сложный широкополосный сигнал с внут-риимпульсной ЛЧМ.

Требуется подобрать основные параметры рассматриваемого типа сигнала, такие как: длительность, девиация частоты, база сигнала, период следования зондирующих импульсов. Перечисленные параметры должны определить: протяженность «мертвой зоны» РЛС, разрешающую способность, диапазон однозначного измерения дальности, количество элементов разрешения по дальности.

Также, при использовании импульсного ЛЧМ сигнала (особенно при больших значениях базы), принято применять дополнительную весовую обработку (ВО), помимо классической процедуры сжатия. Данная операция применяется с целью минимизации уровня боковых лепестков (УБЛ) функции селекции по дальности, что является весьма полезным аспектом при обнаружении малоразмерных целей вблизи объектов с большим значением эффективной площади рассеяния (ЭПР).

Расчет основных параметров сигнала

Для сложного сигнала разрешающая способность по дальности 8г определяется эффективной шириной спектра [2]. В случае ЛЧМ сигналов, ширина задается частой девиации kf = с^ .г- Следовательно, для достижения теоретической разрешающей способности по дальности 8г = 1.5 (аналогичной сверхкороткому импульсу длительностью ти = 10 нс) необходимая частота девиации - kf = 100 МГц. Выбор длительности т ЗС определяется требованиями к энергетике сигнала и размерами «мертвой зоны» при использовании одной антенны для приема и передачи в РЛС. Учитывая эти факторы, оптимальная длительность ЗС была выбрана: ти =2.5 мкс. При такой длительности «мертвая зона» РЛС составит 375 м, а энергетический выигрыш по сравнению с аналогичным простым сигналом с аналогичным разрешением по дальности составляет приблизительно 24 дБ (база сигнала при этом B = тик/ = 250). Период повторения зондирующих импульсов устанавливается на основе условия одно- значного измерения дальности RogH - в современных активных РЛС, дистанция обнаружения целей типа МБЛА не превыша- ет нескольких километров, поэтому диапазона в 7.5 км будет достаточно для одно- значного определения дальности. Таким образом, период повторения зондирующих

2^R^I составит     Т п =     /_с =

импульсов

50 мкс.

Формирование сигнала

Существует множество способов генерации ЛЧМ-сигналов, которые делятся на два основных класса: аналоговые и цифровые. Аналоговые методы формирования имеют значительные ограничения, такие как выраженные эффекты нелинейности и очень большое время реакции. Сегодня цифровые методы генерации сигналов все чаще вытесняют аналоговые благодаря высокой гибкости настройки параметров сигнала.

Исходя из анализа ряда работ [3, 4, 5] принято решение использовать метод цифрового рекурсивного формирователя отсчетов ЛЧМ-сигнала [3].

Этот формирователь отличается минимальными требованиями к памяти и максимальной скоростью настройки параметров ЛЧМ-сигнала. Сигнал, дискретизированный с заданной частотой, полностью описывается всего четырьмя вещественными параметрами.

Рисунки 1-2 демонстрируют ортогональные составляющие (синфазная и квадратурная) ЛЧМ-сигнала, полученные на выходе цифрового генератора, синтезированного на основе алгоритма [3], а также вид спектрограммы сигнала, полученной в результате применения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ). Сигнал генерируется сразу на промежуточной частоте (ПЧ) 100 МГц, что позволяет избежать многих негативных эффектов, связанных с нелинейностью аналоговых трактов. Моделирование формирователя выполнено с использованием программной среды MATLAB

/, мкс

(а)

f, мкс

(б)

Рис. 1. Ортогональные составляющие ЛЧМ-сигнала: а) синфазная составляющая; б) квадратурная составляющая.

Рис. 2. Спектрограмма ЛЧМ-сигнала на выходе формирователя

Сжатие сигнала и весовая обработка

При использовании импульсных ЛЧМ сигналов часто приходят к совместному применению согласованной фильтрации (СФ) и ВО. Для уменьшения УБЛ во временной области используются различные весовые функции. Одной из таких функций, обеспечивающей достаточно низкий УБЛ, является весовая функция Хэмминга с параметром k = 0.08 [6, 7]. На рисунке 3 показан отклик системы обработки сигнала (СФ и ВО).

Применение ВО позволяет теоретически снизить УБЛ до -42.3 дБ, что делает их уровень почти на 30 дБ ниже по сравнению с классической процедурой сжатия сигнала. При этом центральный лепесток расширяется приблизительно на 40%. Следовательно, ухудшается и разрешающая способность по дальности в 1.4 раза и будет составлять 2.1 м (вместо 1.5 м для сигнала без ВО).

Рис. 3. Отклик системы обработки ЛЧМ сигнала без использования ВО и с использованием ВО

Недостатками ВО являются потери энергии сигнала на обработку (около 1.4 дБ) и расширение центрального лепестка «сжатого» сигнала (порядка 1.4 раза). Однако подавление уровня боковых лепестков до -42.3 дБ является значительным достижением.

Заключение

В работе произведен выбор и расчет основных параметров зондирующего импульсного сигнала с ЛЧМ для задачи обнаружения МБЛА на фоне пассивных помех. Было установлено, что для достижения оптимальной разрешающей способности по дальности и энергетической эффек- тивности целесообразно использовать ЛЧМ-сигнал с длительностью импульса 2.5 мкс и девиацией частоты 100 МГц. Применение весовой обработки позволяет значительно снизить УБЛ отклика системы обработки (до -42.3 дБ), что должно значительно улучшить качество обнаружения целей. Методом синтеза ЗС предложено выбрать цифровой рекурсивный формирователь. Таким образом, предложенные параметры сигнала и методы формирования и обработки обеспечивают высокую эффективность радиолокационных систем в условиях сложной помеховой обстановки.