Введение к работе
Актуальность темы
В современной радиолокации все большее значение приобретает раздельное наблюдение близко расположенных объектов (или объектов и пассивных помех), число и положение которых заранее неизвестны. В ряде приложений радиолокации возникает необходимость получения радиоизображений наблюдаемых объектов, то есть распределения амплитуд отраженного сигнала по измеряемым параметрам (дальности, скорости, углу прихода и поляризации волны). В известных автору работах задача разрешения целей рассматривается в дискретной постановке, когда цели являются точечными. В данной работе алгоритмы обработки сигнала синтезированы и исследованы для более общего случая, когда объектом оценки является плотность распределения в пространстве комплексной амплитуды отражения (точнее, выделяемого приемником элемента матрицы рассеяния). Повышение разрешающей способности имеет большое значение и для систем связи с пространственным разделением абонентов.
Цель работы и задачи исследования
Целью раоты является исследование возможностей повышения разрешающей способности при непрерывном распределении объектов локации в пространстве, оценка связанных с этим повышением потерь в энергетике (отношении сигнал-шум), разработка методов формирования радиолокационных портретов целей и характеристик обнаружения при повышенной разрешающей способности.
Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены следующие задачи:
Получение и решение, с использованием методов регуляризации некорректных задач, уравнения для оптимальных (по критерию максимального правдоподобия) оценок распределения комплексной амплитуды рассеяния по дальности, скорости и угловым координатам.
Разработка алгоритмов обработки сигналов с повышенной разрешающей способностью на основе полученных решений.
Исследование зависимости ширины интервалов разрешения, уровня боковых лепестков и потерь в отношении - сигнал-шум от параметров сигналов и величины параметров регуляризации.
Формулирование условия целесообразности использования полученных алгоритмов для конкретных радиолокационных задач и видов сигналов.
Разработка уточненных методов расчета радиолокационных портретов целей при высокой разрешающей способности.
Разработка методов расчета характеристик обнаружения при попадании в объем разрешения небольшого числа центров рассеяния.
Методы исследования
В работе использовались положения теоретической радиолокации, теории оценок, теории линейных и дискретных систем, методы решения некорректных задач [1, 2] и методы математического моделирования.
Научная новизна
В части синтеза алгоритмов научная новизна работы заключается в постановке задачи оценки плотности распределения комплексной амплитуды сигнала и в ее решении с применением методов регуляризации некорректных задач [1,2]. Такой подход к задаче позволяет исключить известный парадокс традиционной постановки, когда оценивают число и координаты целей по
критерию максимального правдоподобия: правдоподобность оценки повышается при неограниченном увеличении числа целей.
Новыми результатами являются также разработки компьютерных моделей для исследования характеристик разрешения. Эти модели необходимы, поскольку получить результаты в обозримой аналитической форме не удается.
В части исследования радиолокационных портретов цели при высокой разрешающей способности новизна заключается в сочетании методов физической оптики (ФО) и физической теории дифракции (ФТД) П. Я. Уфимцева [3] для расчета элементов матриц рассеяния центров рассеяния (блестящих точек).
Практическая ценность
Практическая ценность работы состоит:
- в решении задачи синтеза алгоритмов оценки пространственного
распределения амплитуды сигнала;
- в разработке и программной реализации синтезированных алгоритмов;
в определении степени повышения разрешающей способности и условий целесообразности использования полученных алгоритмов для конкретных радиолокационных параметров и видов сигналов;
в разработке методов расчета радиолокационных портретов цели и характеристик обнаружения при высокой разрешающей способности.
Реализация и внедрение результатов работы
Разработанный алгоритм подавления помех и полученные теоретические соотношения определения его эффективности использованы в научно-исследовательской работе по теме "Изыскание инженерно-технических путей и разработка схемотехнических решений создания
антенно-фидерных устройств и радиочастотных трактов перспективных станций спутниковой связи и бортовых ретрансляторов в миллиметровом диапазоне волн". Работа выполнялась с участием автора в ОАО "Радиофизика" в 2003-2005 гг.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты:
1. Применение методов решения некорректных задач к уравнению
максимального правдоподобия для распределения комплексной амплитуды
сигналов рассеяния. Решение этого уравнения для типового набора
радиолокационных параметров: задержки, доплеровскои частоты и угловых
координат. Интерпретация решения в виде алгоритма обработки сигнала.
2. Модель для анализа разрешающей способности по задержке к частоте,
обеспечиваемой синтезированными алгоритмами, для типовых сигналов,
используемых в радиолокации: импульсов, без внутриимпульсной
модуляции, фазоманипулированных импульсов, импульсов с линейной
частотной модуляцией и квазипериодических пачек импульсов. Результаты
анализа в сравнении с алгоритмами согласованной фильтрации.
3. Модель для анализа разрешающей способности по угловым
координатам, обеспечиваемой синтезированными алгоритмами и
алгоритмами подавления мешающих сигналов в адаптивных
многоэлементных ФАР. Результаты сравнительного анализа алгоритмов.
4. Быстрый алгоритм обработки широкополосных сигналов в цифровых
антенных решетках, основанный на преобразовании координат в
пространстве частота - направление прихода волны.
5. Метод численного расчета сигналов, получаемых в результате
рассеяния зондирующих сигналов высокого разрешения на протяженных
целях, основанный на сочетании концепции "блестящих точек",
приближений физической оптики и физической теории дифракции.
'6. Метод расчета распределения вероятности эффективной плошади рассеяния совокл'пности небольшого числа "блестящих точек", попадающих в импульсный объем при высокой разрешающей способности.
Публикация и апробация
Результаты, представленные в главах 2, 4 опубликованы частично в статьях [4, 6].
Алгоритм подавления помех, описанный в главе 3, и соотношения для оценки его эффективности опубликованы в отчетах по научно-исследовательской работе по НИР [7 - 9].
Структура и объем работы
