Расчет 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 [1, стр. 200], которое в свою очередь позволяет сформировать минимум диаграммы направленности в направлении на источник помех и требует дополнительной антенны (рис.12).

 

Рис.12 - Структурная схема устройства формирования провала ДН антенны.

 

f₀ (Q), f₁ (Q) - исходные ДН основной и компенсационной антенн. f_Σ (Q) = f₀ (Q) +Wf₁ (Q) - результирующая ДН антенной системы. Если Q₁ - угол прихода помехи, то для компенсации необходимо выполнение условия f_Σ (Q₁) =0, откуда W= - f₀ (Q₁) /f₁ (Q₁). Подставив W в выражение для f_Σ (Q), получим f_Σ (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 А_i образовали компенсирующее устройство активной помехи с i-ого направления. Структурная схема устройства пространственной обработки для подавления нескольких пространственных помех приведена на рис.13.

 

Рис.13 - Схема пространственной обработки для подавления нескольких (N) помех.

 

В качестве временного алгоритма применяем устройство компенсации помех с корреляционными обратными связями [1, стр. 199]. 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.14.).

 

Рис.14. - Структурная схема компенсатора активной помехи с корреляционными обратными связями.

 

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”.

Отношение шум/помеха на входе РЛС = - 51,3дБ.

Режекторный фильтр должен подавлять помеху до уровня шумов, следовательно коэффициент подавления помехи должен составлять около 51,3дБ

 

Рис 15.

 

На рис 15 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.

 

Рис 16.

 

На рис16 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) = - 24,2дБ; отношение шум/помеха = - 51,3дБ; количество импульсов в пачке равное 11.

 

Рис 17.

 

Коэффициент подавления помехи получается равным 50,81дБ, что приемлемо, учитывая последующее накопление. Симметричность же коэффициентов относительно центрального будет гарантировать линейность фазовой частотной характеристики фильтра.

 

Рис 18. (АЧХ фильтра в логарифмическом виде)

 

Структурная схема цифрового режекторного фильтра, в упрощенной форме, имеет следующий вид (Рис 19):

чтобы упростить аппаратную реализацию устройства сократим количество умножителей основываясь на симметричности коэффициентов фильтра.

 

Рис 19.

 

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.