Введение к работе
Актуальность проблемы. Основным стимулом развития теории дискретных (сложных, широкополосных, шумоподобньїх) сигналов служит стремление к улучшению тактико-технических характеристик радиосистем. Теория дискретных сигналов позволяет разработчикам осуществлять грамотный и обоснованный выбор излучаемых сигналов и способов обработки на приемной стороне с учетом всей совокупности требований к радиотехническим системам. Достижения теории дискретных сигналов и бурный технологический прогресс, в результате которого оказалась возможной реализация устройств формирования и обработки сложных сигналов в приемлемых габаритах, привели к появлению целого ряда радиотехнических систем, использующих сложные сигналы, в том числе спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС (РОССИЯ) и НАВСТАР (США), цифровых сотовых систем подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов, систем авиационного и космического командного радиоуправления и др.
Преимущества применения сложных сигналов в радиолокации осознаны еще в начале 50-х годов. В дальнейшем линия на планомерное внедрение дискретных сигналов в практику радиолокации поступательно развивалась и нашла отражение не только в огромном числе публикаций, но и в реальных разработках многих производителей.
Вместе с тем, ресурсы, которые предоставляет теория дискретных сигналов в распоряжение разработчика, во многом еще не исчерпаны. Интересными в частности оказываются некоторые "побочные", нетрадиционные и не исследованные в деталях варианты ее применения к задачам, характерным как для радиолокации, так и для других областей радиоэлектроники. К числу таковых относятся среди прочих задач/f синтеза направленных излучающих систем, в которых хорошо разработанный аппарат теории дискретных сигналов может оказаться весьма плодотворным.
Предлагаемая диссертационная работа посвящена исследованиям двух разновидностей названных задач, первая из которых связана с построением радиолокационных синтезированных апертур, а вторая—с синтезом неравномерных антенных решеток.
Реализуя идею поочередного зондирования осматриваемой зоны с различных точек траектории и последующей когерентной совместной обработки всех набранных данных, радиолокационные системы с синтезированном апертурой (PCА) позволяют добиваться чрезвычайно высоких показателен
-2-углового разрешения и точности измерения угловых координат при использовании физических антенн небольших размеров. Хорошо известные и детально описанные в литературе преимущества РСА перед альтернативными системами (аэрофотосъемкой и др.) обеспечили первым широкое применение в качестве средств радиолокационного картографирования, геолого-геофизической разведки естественных ресурсов и океанологических исследований.
Для традиционных РСА с импульсным зондированием характерно противоречие между требованиями к одновременной однозначности измерений дальности и азимута. При этом может отсутствовать возможность компромиссного решения при выборе такого важного параметра РСА как частота зондирования; поскольку наибольшее ее значение, допустимое с точки зрения однозначности по дальности, может оказаться недостаточным для обеспечения однозначного измерения угла.
Возможным путем нейтрализации неоднозначности измерений в РСА является дополнительная обработка радиолокационных изображений. При этом система обработки сигналов усложняется и затраты на получение достоверной информации увеличиваются.
Радикальным выходом из конфликта требований однозначности по дальности и азимуту в РСА может быть использование кодированного импульсного излучения. При этом частота зондирования может существенно превышать максимально допустимую для стандартной импульсной передачи, чем будет обеспечена однозначность по азимуту. Требованием к однозначности в дальностном направлении лимитируются лишь полный период и структура используемой кодовой последовательности, а не период зондирования. В таких условиях выбор подходящего закона кодирования с учетом специфики РСА оказывается совершенно новой задачей, не получившей должного освещения в доступной литературе.
Другая разновидность направленных антенных систем—решетки, составленные из пространственно разнесенных излучателей, также нашла широкое применение в современных радиотехнических системах. При фиксированных размере апертуры и соотношении между шагом расположения-элементов решетки и длиной волны, обеспечивающем угловую однозначность, минимальное количестве излучателей равномерной антенном решетки ограничено снизу. Неравномерные антенные рсшсТки (НРАР) потенциально позволяют сократить число излучателей. При этм оптимизация координат эле-
-3-ментов решетки играет важную роль с точки зрения снижения максимума уровня боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности (ДН). Глобальный перебор вариантов расположения элементов НРАР оказывается чрезвычайно громоздким и практически неосуществимым даже для решеток с небольшим количеством элементов. Для решеток же, имеющих большой размер апертуры, весьма актуальная задача грамотного сокращения числа излучателей требует поиска самостоятельных и нетривиальных подходов.
Одной из удачных попыток в этом направлении стала методопогия синтеза НРАР на основе разностных множеств и относительных разностных множеств. Однако, как будет показано в разделе 3 настоящей рабогы, решение той же задачи с помощью хорошо разработанных приемов теории дискретных сигналов оказывается более наглядным и, что еще важнее, дает множество новых интересных результатов.
Цель работы — анализ эффективности применения дискретных шумо-подобных сигналов в РСА и разработка алгоритма, обеспечивающего оптимизацию координат элементов НРАР на основе обширных каталогов бинарных последовательностей (БП) и плоских массивов.
Основные задачи исследования:
-
Анализ функции неопределенности траєкторного сигнала (ФНТС) в РСА при кодированном излучении.
-
Разработка алгоритма оптимизации законов кодирования зондирующих импульсов в РСА и решение сопутствующих вопросов.
-
Исследование взаимосвязи между характеристиками ДН НРАР и корреляционно-спектральными свойствами БП или плоских бинарных массивов.
-
Разработка метода синтеза НРАР па основе БП или плоских бинарных массивов.
Методы исследовании основываются на положениях и аппарате современной теории дискретных сигналов и теории радиотехнических систем, дополненных численным анализом с использованием ЭВМ
К новым результатам можно отнести: 1. Предложенный метод преодоления конфликта требований однозначности но дальности и атимуту в РСА.
-
Анализ свойств ФНТС в РСА при кодированном излучении и линейном движении носителя.
-
Разработка алгоритмов выбора кодированных последовательностей для РСА.
-
Методология н конкретный продукт синтеза НРАР на основе БП или плоских бинарных массивов.
Практическая ценность. Результаты работы дают проектировщику надежную методику адекватного выбора законов манипуляции зондирующих сигналов для РСА с кодированной передачей, а также грамотного размещения элементов неэквидистантных решеток, гарантирующего удержание бокового лепестка ДН в приемлемых пределах.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
-
Кодирование по фазе зондирующих импульсов является'эффективным способом преодоления конфликта требований однозначности по дальности и азимуту в РСА.
-
Основой выбора закона кодирования зондирующих импульсов является взаимосвязь между ФНТС РСА и частотно-временной автокорреляционной функцией (АКФ) кодовой последовательности.
-
Существуют представительные множества БП с малыми потерями на идеальное сжатие в фильтрах подавления боковых лепестков (ФПБЛ) и троичных последовательностей с идеальной периодической АКФ, привлекательных для применения в РСА с кодированием зондирующих импульсов.
-
Устранение "слепых" зон при кодированном зондировании в РСА осуществимо за счет адекватного выбора периода зондирования или двукрагпого картографирования.
-
Для задач синтеза неравномерных решеток можно, использовать "готовые" результаты синтеза БП с компактными спектрами.
-
Задачи синтеза НРАР эффективно решаются с помощью разработанного двухэтапног'о алгоритма.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на НТК профессорско-преподавательского состава СП6ГЭТУ .1996-1998 г.г. и НТК СПб. НТОРЭС им. А. С. Попова в 199S г.
-5-Публик'ации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы доклада.
Структура її объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 89 наименований. Работа содержит 128 страниц машинописного текста, 27 рисунков и 11 таблиц.
