Метод обробки імпульсних радіолокаційних сигналів з урахуванням їх внутрішньої фазочастотної нестабільності

Получила дальнейшее развитие математическая модель импульсного радиолокационного сигнала с учетом таких процессов, как электронное смещение и затягивание частоты приборов СВЧ магнетронного типа, которые являются основной причиной возникновения динамической флуктуационной угловой составляющей в полной фазе сигнала (фазочастотной нестабильности).

Исследованы потенциальные возможности достижения степени разрешения эхо-сигналов при использовании согласованных методов фильтрации при приёме с учетом искажения комплексной огибающей зондирующих сигналов. При статистической оценке показано, что флуктуация частоты без учета долговременных (постоянных в пределах одного периода зондирования) составляющих представляет собой узкополосный случайный процесс с нормальным распределением.

Впервые получено аналитическое выражение функции неопределенности радиосигнала с несимметрической V-образной линейночастотной модуляцией. Данное выражение позволило исследовать изменение разрешающих способностей зондирующих радиосигналов по времени задержки и частотному смещению, при учете их фазочастотной нестабильности.

Предложены варианты структурно-схематических реализаций разработанного метода, основанные на использовании дополнительного элемента, основное назначение которого - согласование приемника с присутствующей в зондирующем радиоимпульсе фазочастотной нестабильностью путём корректировки передаточной характеристики цифрового согласованного фильтра.

Показано, что возможны два пути оптимизации передаточной характеристики согласованного фильтра:

- оптимизация по критерию максимизации отношения сигнал/шум на выходе фильтра, при этом достигается выигрыш по дальности обнаружения целей за счет синтеза фильтра с фазовой характеристикой, которая обеспечивает разные во времени фазовые сдвиги на протяжении длительности сигнала;

- оптимизация по критерию минимизации длительности отклика согласованного фильтра на полезный сигнал, при этом достигается выигрыш по разрешающей способности, за счет синтеза импульсной характеристики фильтра, обеспечивающей максимальный уровень корреляции с комплексной огибающей сигнала при учете угловых флуктуаций в полной фазе.

Показано, что техническая реализация метода обработки импульсных радиолокационных сигналов с учетом их внутренней фазочастотной нестабильности требует незначительных изменений в структуре радиолокационных средств. При реализации метода в импульсных радиолокационных средствах с цифровой обработкой сигналов на промежуточной частоте и наличием системы фазовой автоматической подстройки частоты достаточно внести только алгоритмические (программные) изменения. При отсутствии системы фазовой автоматической подстройки частоты, в качестве согласующего звена может использоваться приемник РЛС, но при этом необходимо внести незначительные аппаратные изменения в передатчик и тракт СВЧ.

Результаты проведенного исследования эффективности применения предложенного метода в импульсных радиолокационных средствах, свидетельствуют о повышении разрешающей способности на малых расстояниях в 2…3 раза, на больших - в 15...20 раз и увеличения отношения сигнал/шум на входе детектора на 10…15 дБ, при сохранении энергии и длительности импульса.

Ключевые слова: импульсная радиолокационная станция, магнетрон, фазочастотна нестабильность, корреляция, функция неопределенности, согласованный фильтр, комплексная огибающая сигнала.

Chesanovskiy I.I. Impulse radar signals processing method considering their internal phase and frequency instability. - Manuscript.

PhD thesis for Degree of Candidate of Technical Sciences speciality 05.12.17 - “Radiotechnical and television systems”. - Khmelnytskiy National University, Khmelnytskiy, 2010.

The thesis is devoted to the theoretical and applied research of the questions for improving of the impulse radar signal processing methods and developing of the structural schematic decisions in the existent and perspective impulse radars, which are utilized in guarding of the state boundary marine area. For achievement of this aim the impulse radar signal mathematical model is developed subsequently. The impulse radar signal processing methods is developed considering of this model. The method is based on the internal phase and frequency instability analysis for the impulse signals which are generated with the magnetron-type devices with the subsequent synthesis of the concerning processing algorithm. The expected realization of this algorithm is corrected in accordance with the phase and frequency dynamics in oscillation. The analytical expression of the vagueness signal function with difficult angular modulation is obtained. The cross-correlation properties of the obtained model signal are investigated and based on this expression. The operational algorithms and the impulse radar structure are proposed which are based on the developed method. The questions of the method accuracy and discriminability are lighted up. The researches of the radar utilization efficiency are performed by means of the proposed method.

Results of the conducted research of efficiency by application of the offered method in impulsive radios facilities, testify to the increase of discriminability on small distances in 2...3 times, on large - in 15…20 times and increases of relation of signal to noise on the entrance of detector on 10…15 dB, at conservation of energy and pulsewidth.

Keywords: impulse radar, magnetron, phase and frequency instability, correlation, vagueness function, concerning filter, complex signal envelop.

Размещено на Allbest.ru