Розглянуто метод нелінійного амплітудного придушення радіолокаційних перешкод від морської поверхні в некогерентному смуговому тракті приймача. Використана найбільш адекватна модель негауссовских радіолокаційної перешкоди від схвильованої морської поверхні, заснована на К-розподілі щільності ймовірності обвідної перешкоди. У моделі перешкод врахований внутрішній гауссовский шум приймача. Отримано амплітудні характеристики нелінійного елемента і залежності коефіцієнта придушення від відносини "перешкода / шум" для різних значень параметрів моделі перешкоди.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Мілащенко Єгор Олександрович, Язівського Олександр Афонасьевіч


Amplitude suppression of nongaussian sea clutter in a noncoherent bandpass path of the receiver

The method of non-linear amplitude suppression of radar clutter from a sea surface in a noncoherent band path of the receiver is considered. The model of the most adequate nongaussian a radar clutter from the rough sea surface which envelope is based on K-distribution of density of probability is used. In model of noises it is considered internal gaussian receiver noise. For various values ​​of parameters of model of clutter amplitude characteristics of a non-linear element and dependence of coefficient of suppression on the relation a clutter / noise are under construction.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2016


    Журнал

    Известия вищих навчальних закладів Росії. Радіоелектроніка


    Наукова стаття на тему 'амплітудно ПРИДУШЕННЯ негауссовских МОРСЬКИХ ЗАВАД В некогерентного Смугова тракту приймача'

    Текст наукової роботи на тему «амплітудно ПРИДУШЕННЯ негауссовских МОРСЬКИХ ЗАВАД В некогерентного Смугова тракту приймача»

    ?

    Радіотехнічні засоби передачі, прийому

    і обробки сигналів

    621.391: 621.396

    Е. А. Мілащенко Уральський федеральний університет ім. першого Президента Росії Б. М. Єльцина,

    АТ «ОКБ" Новатор "» А. А. Язівського Уральський федеральний університет ім. першого Президента Росії Б. М. Єльцина

    Амплітудне придушення негауссовских морських перешкод в некогерентному смуговому тракті приймача

    Розглянуто метод нелінійного амплітудного придушення радіолокаційних перешкод від морської поверхні в некогерентному смуговому тракті приймача. Використана найбільш адекватна модель негауссовских радіолокаційної перешкоди від схвильованої морської поверхні, заснована на К-рас-визначення густини ймовірності обвідної перешкоди. У моделі перешкод врахований внутрішній гауссовский шум приймача. Отримано амплітудні характеристики нелінійного елемента і залежності коефіцієнта придушення від відносини "перешкода / шум" для різних значень параметрів моделі перешкоди.

    Морські перешкоди, нелінійна фільтрація, К-розподіл, гаусові перешкоди, негауссовских перешкоди

    Для дослідження і аналізу характеристик радіолокаційних станцій (РЛС), що працюють в умовах схвильованої морської поверхні, необхідні адекватні моделі радіолокаційних морських відображень. Поширені моделі, засновані на понятті гауссовского "білого" шуму [1], можуть бути точними лише в певних умовах. Вони описують структуру відображень тільки при роботі радара в режимі низького дозволу.

    В останні десятиліття ХХ ст. були виявлені явища, що виникають при роботі РЛС в режимах з високою роздільною здатністю і при низьких кутах ковзання [1], внаслідок чого були запропоновані негауссовских моделі перешкод. Негауссов-ський характер радіолокаційних морських відображень при високій роздільній здатності радара і низьких кутах ковзання істотно ускладнює процес виявлення морських цілей з малою ефективною поверхнею розсіювання. Отже, при оцінці характеристик виявлення радарів, основне призначення яких полягає у виявленні об'єктів, розташованих на морській поверхні або на її тлі, необхідно враховувати негаусових морських відображень. такі

    моделі перешкод описані в [1], [2], де показано, що найбільш повне статистичний опис обвідної радіолокаційних відображень від морської поверхні дається К-розподілом.

    У цій статті дослідження ефективності амплітудного придушення заважають віддзеркалень від морської поверхні проведено з урахуванням внутрішнього гауссовского шуму приймача. Оскільки в реальному приймачі завжди присутній теплової гауссовский шум, облік його дії в моделі розподілу обвідної перешкоди дозволяє оцінити реальний виграш від застосування оптимальної нелінійної обробки.

    Математична модель К-розподілу радіолокаційних перешкод від морської поверхні. Щільність ймовірності обвідної адитивної суміші К-перешкоди з гауссовским шумом Е відома [1]:

    2Е'У ^ ху-1ехр (-'х)

    '(Е ^

    х + РШ

    х ехр

    [-Е2 / (х + РШ)) дх, (1)

    © Мілащенко Е. А., Язівського А. А., 2016

    3

    де b - параметр "шкали", що має розмірність, обернену потужності; T (v) - гамма-функція; Рш - потужність внутрішнього гауссовского шуму приймача. Величина v визначається умовами спостереження і параметрами локатора [2] з наступного рівняння:

    2 5

    logic (v) = -logic (ф) + ^ logio (р) - до -

    - ^ + Logio (fj) logio (50) logio (5.5Ф) 08,

    де Ф - кут ковзання,; р, м - дозвіл РЛС по дальності; K - параметр, що залежить від виду поляризації (i.39 при вертикальній і 2.09 при горизонтальній поляризаціях); 9 - кут між напрямком променя РЛС і напрямком морської ряби, радий; ти - тривалість імпульсу, нс.

    Потужність перешкоди з розподілом обвідної (i) визначається параметрами v і b [i]:

    Рп = 0.5M {e2} = 0.5v / b = АРШ,

    де M {•} - символ математичного очікування; а = Рп / Р д - відношення потужності перешкоди до потужності шуму.

    Амплітудне усунення перешкод в некогерентному смуговому тракті приймача. Одним з поширених методів боротьби з негауссовских перешкодами в такому тракті є захист приймача за допомогою безінерційного нелінійного перетворення обвідної суміші сигналу і перешкоди [3].

    Заміна звичайного квадратичного перетворення іншим нелінійним перетворенням h (E) збільшує відношення "сигнал / перешкода" в ц раз [3]:

    M = Р

    [M {(E) / E + h "(E)}} 2

    E2

    M

    {H2 (E)}

    (2)

    де ре2 - потужність флуктуацій квадрата обвідної перешкоди; Комерсант '(Е), видання "(Е) - перша і друга похідні функції видання (Е) відповідно.

    Максимум коефіцієнта придушення ц досягається при оптимальній амплітудної характеристиці (АХ)'о (Е), пов'язаної з щільністю ймовірностей р (Е) обвідної перешкоди виразом

    Комерсант (Е) Р "(Е) Р '(Е) Е - р (Е) Е' (3)

    '0 (Е) = -гель ---. (3)

    Р (Е) р (Е) Е2

    Визначити вид оптимальної АХ і розрахувати максимальний коефіцієнт придушення примі-

    хи безпосередньо по (2) і (3) неможливо через розрив функції (3) в нулі.

    Для отримання оцінок максимального коефіцієнта придушення перешкод з розподілом (1) введемо параметричну модель нелінійного перетворення видання (Е) у вигляді узагальненого полінома:

    h (E) =? ak Ф? (E),

    к = 0

    (4)

    де ак - параметри налаштування нелінійного перетворювача; ф? (Е) - базисні функції; т - порядок полінома.

    Визначивши входять в (2) математичні очікування, маємо: т т

    М {'2 (Е)} = X X аіауМ {ф ^ (ПМ (Е)} = атЯа;

    к = 0у = 0

    М {видання '(Е) / Е + Комерсант' '(Е)} =

    т

    = X ак М {фк (ЕVЕ + фк (Е)} = ати, к = 0

    де а = (а1 • .. ат) т - вектор-рядок з параметрами налаштування нелінійного перетворювача; Ь = (? 0? 1 ••• Ьт) т - вектор-рядок з елементами Ьк = М {фк (Е) / Е + фк (Е)}; Я - симетрична позитивно певна матриця з елементами к = М {фк (Е (Е)}.

    Тоді коефіцієнт придушення може бути представлений у вигляді [4]

    Ре2 (ать) 2 / (атRa).

    Ц = РЕ 2

    Максимум ц досягається при оптимальних значеннях параметрів АХ (4):

    (5)

    і визначається наступним чином:

    (6)

    а = aopt = AR ib, A ^ 0

    Mmax = РЕ 2 Ь т R_ib.

    Обмежимося аппроксимацией оптимальної АХ у вигляді статечного полінома: фк (Е) = Ек. Дана апроксимація дозволяє охопити такі окремі випадки, як лінійний і квадратичний детектори, а також детектори вищих порядків. Підставивши фк (Е) = Ек в (4), з (5) і (6) отримаємо вирази для оптимальних параметрів настройки нелінійного перетворювача і

    Известия вузів Росії. Радіоелектроніка. 2016. Вип. 4

    максимального коефіцієнта придушення через початкові моменти обвідної.

    Методика розрахунків. Розрахунки проводилися в середовищі МаШСАБ для моделі (1) при р = 15 м, вертикальної поляризації випромінювання РЛС, 9 = 0, ти = 100 нс, Ь = 0.5 для трьох значень параметра V = 0.5, 1.0 і 1.5, відповідних кутах ковзання Ф = 1, 2.2 і 5 °. Розрахунки проведені для значень а, рівних 0, 10, 20, 30 і 40 дБ. Для кожного значення а будувалася залежність видання (Е) і розраховувався коефіцієнт придушення ц.

    Результати дослідження. На рис. 1 представлені щільності ймовірності значень обвідної (1) для V = 0.5 і різних відносинах "перешкода / шум" а, рівних 0, 10, 20 і 30 дБ. Окрема крива побудована для = 0 (без урахування внутрішнього шуму).

    Мал. 1 показує істотну відмінність щільності ймовірностей значень обвідної (1) від закону Релея (а = 0) уже при а > 10 дБ. Необхідно відзначити, що при великих значеннях а значення щільності ймовірності значень обвідної (1) в нулі дорівнює нулю на відміну від традиційної моделі морських відображень у вигляді К-рас-пределеніе обвідної (крива для ^ д = 0).

    На рис. 2 представлені амплітудні характеристики видання (Е) при оптимальних коефіцієнтах статечного полінома різного ступеня т для а = 30 дБ і V = 0.5. Крива для т = 1 відповідає Полігональний увазі АХ, для т = 2 - квадратичному, для т = 3 - кубічному.

    На рис. 3 представлені залежності коефіцієнта придушення ц (а) при апроксимації оптимальної АХ полиномом 9-го порядку.

    У таблиці наведені значення коефіцієнта придушення ц для різних значень порядку т аппроксимирующего полінома, різних відносин "перешкода / шум" а і кутів ковзання Ф.

    У цій статті розглянуто метод нелінійного амплітудного придушення радіолокаційних

    Ф = 1 °, V = 0.5

    а. дБ т

    1 | 2 | 3 | 4 | 5 | б | 7 | 8 | 9

    ц. дБ

    0 3.98 5.701 6.048 6.07 6.082 6.131 6.19 6.234 6.258

    10 8.397 12.321 14.501 15.89 16.81 17.407 17.809 18.074 18.209

    20 11.661 16.505 19.488 21.631 23.274 24.544 25.592 26.488 27.151

    30 14.142 19.513 22.909 25.405 27.365 28.918 30.231 31.388 32.282

    40 16.093 21.799 25.443 28.145 30.284 31.922 33.446 34.738 35.75

    Ф = 2.2 °, V = 1.0

    а. дБ т

    1 | 2 | 3 | 4 | 5 | б | 7 | 8 | 9

    ц. дБ

    0 2.291 3.067 3.103 3.115 3.153 3.181 3.193 3.196 3.196

    10 4.987 7.59 8.841 9.532 9.914 10.119 10.23 10.285 10.315

    20 6.188 9.471 11.389 12.726 13.71 14.455 15.069 15.557 15.832

    30 6.626 10.149 12.307 13.884 15.104 16.074 16.916 17.628 18.055

    40 6.772 1.376 12.616 14.276 15.578 16.627 17.549 18.341 18.826

    закінчення таблиці

    ф = 5o, v = 1.5

    а, дБ m

    1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

    дБ

    0 1.554 1.907 1.907 1.936 1.96 1.968 1.97 1.97 1.97

    10 3.469 5.164 5.798 6.066 6.175 6.217 6.231 6.233 6.234

    20 4.057 6.176 7.204 7.751 7.902 7.906 8.114 8.767 12.899

    30 4.174 6.377 7.494 8.128 8.33 8.33 8.534 9.228 13.159

    40 4.192 6.409 7.541 8.19 8.401 8.401 8.604 9.305 13.234

    перешкод від схвильованої морської поверхні в некогерентному смуговому тракті приймача. Використана найбільш адекватна модель помехових радіолокаційних відображень від схвильованої морської поверхні, яка враховує тепловий шум приймача. Встановлено, що безпосередній розрахунок коефіцієнта придушення перешкоди в рамках прийнятої моделі неможливий у зв'язку з расходимостью (2) при нульовому значенні обвідної перешкоди. У зв'язку з цим для оцінки ефективності придушення перешкод амплітудна характеристика пригнічувача аппроксимирована степеневим поліномом.

    Отримано залежності коефіцієнта придушення від відносини "перешкода / шум" для різних значень параметрів моделі перешкоди при апроксимації оптимальної амплітудної характеристики нелінійного перетворення обвідної степеневим поліномом від першого до дев'ятого порядку, за якими можна визначити, що виграш в завадостійкості може досягати 30 дБ і більше.

    Отримані результати можуть бути основою побудови адаптивних нелінійних пристроїв придушення радіолокаційних перешкод від схвильованої морської поверхні в некогерентному смуговому тракті приймача.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Ward K, Tough R., Watts S. Sea clutter: scattering, the K distribution and radar performance. 2nd ed. Croydon: CPI Group Ltd, 2013. 586 p.

    2. Antipov I. Simulation of sea clutter returns. Salisbury: DSTO Electronic and surveillance research laboratory. 1998. 71 p. URL: http://digext6.defence.gov.au/dspace /bitstream/1947/4132/1/DSTO-TR-0679%20PR.pdf (дата звернення 02.10.2016).

    3. Бакути П. А., Акімов П. С. Теорія виявлення сигналів. М .: Радио и связь, 1984. 440 с.

    4. Валєєв В. Г., Язівського А. А. Адаптивні нелінійні перетворювачі для придушення негауссов-ських перешкод // Изв. вузів. Радіоелектроніка. 1987. Т. 30, № 8. С. 62-64.

    E. A. Milashchenko Ural Federal University n. a. the first President of Russia B. N. Yeltsin, JSC «Special design bureau" Novator "» A. A. Yazovsky

    Ural Federal University n. a. the first President of Russia B. N. Yeltsin

    Amplitude suppression of nongaussian sea clutter in a noncoherent bandpass path of the receiver

    The method of non-linear amplitude suppression of radar clutter from a sea surface in a noncoherent band path of the receiver is considered. The model of the most adequate nongaussian a radar clutter from the rough sea surface which envelope is based on K-distribution of density of probability is used. In model of noises it is considered internal gaussian receiver noise. For various values ​​of parameters of model of clutter amplitude characteristics of a non-linear element and dependence of coefficient of suppression on the relation a clutter / noise are under construction.

    Sea clutter, non-linear filtering, K-distribution, Gaussian clutter, nongaussian clutter

    Стаття надійшла до редакції 16 березня 2016 р.


    Ключові слова: МОРСЬКІ ПЕРЕШКОДИ /SEA CLUTTER /Нелінійна ФІЛЬТРАЦІЯ /NONLINEAR FILTERING /К-РОЗПОДІЛ /K-DISTRIBUTION /гауссовский ПЕРЕШКОДИ /GAUSSIAN CLUTTER /негауссовских ПЕРЕШКОДИ /NON-GAUSSIAN CLUTTER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити