СПОСОБ ДВУХКАНАЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ВЕРОЯТНОСТИ ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ
METHOD FOR DOUBLE-CHANNEL DETECTION OF RADAR SIGNALS WITH FALSE ALARM PROBABILITY STABILISATION

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для уменьшения потерь отношения сигнал/шум при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом, и для стабилизации вероятности ложной тревоги.
При обнаружении сигналов нескольких целей с разной эффективной площадью рассеяния, расстояние между которыми не превышает длительности сигнала, уровень боковых лепестков (корреляционные шумы) [Варламов Д.Л., Костров В.В. Снижение уровня боковых лепестков корреляционной функции сложных дискретных сигналов при использовании γ-фильтрации. - Радиотехника, вып. 11, 2006. - С. 116], образующихся при сжатии сигналов с большой эффективной площадью рассеяния, может превышать уровень слабого сигнала и существенно затруднять обнаружение. Для снижения уровня боковых лепестков сжатых сигналов используют весовую обработку, однако при этом возникают дополнительные потери, что нежелательно.
Известен способ обнаружения сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги [Eyung W. Kang Radar system, analysis, design, and simulation. - 2008. - PP. 281-289. ISBN-13: 978-1-59693-347-7], в котором выделяют квадрат огибающей сжатого сигнала, в скользящем по дальности окне, расположенном симметрично относительно проверяемой на наличие цели дискреты по дальности, находят среднее значение мощности сжатого сигнала без учета мощности центрального отсчета. Решение о наличии цели выносится в том случае, если отсчет квадрата огибающей сжатого сигнала в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности превышает полученную в ее окрестности оценку средней мощности сжатого сигнала не менее чем в С раз, где С - порог обнаружения.
Недостаток данного способа обнаружения сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги заключается в больших потерях отношения сигнал/шум обнаруживаемого сигнала при попадании в скользящее по дальности окно других сигналов и сигналоподобных помех, а также в больших потерях отношения сигнал/шум из-за высокого уровня боковых лепестков сжатого сигнала на выходе фильтра сжатия с равномерной весовой функцией при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом.
Под потерями отношения сигнал/шум будем понимать разность между отношением сигнал/шум, соответствующим вероятности обнаружения, равной 0,5, для способа обнаружения сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги и отношением сигнал/шум, соответствующим вероятности обнаружения, равной 0,5, для способа обнаружения сигналов без стабилизации вероятности ложной тревоги. Потери отношения сигнал/шум при осуществлении стабилизации вероятности ложной тревоги присутствуют всегда, но их можно уменьшить.
Наиболее близким техническим решением является способ стабилизации вероятности ложной тревоги [Патент РФ №2518052, G01S 13/00], основанный на двухканальной обработке радиолокационного сигнала, согласно которому принятый радиолокационный сигнал сжимают в канале с ограничением, сравнивают уровень сжатого сигнала с порогом обнаружения, а также одновременно сжимают сигнал в линейном канале при условии, что его уровень не превысил допустимое значение, устанавливаемое ниже уровня принятых сигналов, которые без сжатия могут превысить порог обнаружения линейного канала. Уровень сжатого сигнала сравнивают с порогом обнаружения линейного канала и принимают решение об обнаружении цели, если сжатый сигнал превысил порог обнаружения хотя бы в одном из каналов.
Основным недостатком наиболее близкого способа является наличие больших потерь отношения сигнал/шум при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом с высоким уровнем боковых лепестков. В случае приема слабого сигнала, перекрываемого мощным сигналом, в канале с фильтром сжатия с равномерной весовой функцией будут иметь место большие потери отношения сигнал/шум при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом с высоким уровнем боковых лепестков, ввиду того, что селекция по допустимому уровню исключает прохождение принятого мощного сигнала и части слабого сигнала для их дальнейшего сжатия. Другим недостатком является большое время установки допустимого уровня, т.к. допустимый уровень при осуществлении селекции по допустимому уровню изменяется до тех пор, пока не будет выполняться заданный уровень вероятности ложной тревоги.
Достигаемым техническим результатом (решаемой задачей) является устранение названных недостатков, а именно уменьшение потерь отношения сигнал/шум при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом, с сохранением стабилизации вероятности ложной тревоги.
Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе двухканального обнаружения радиолокационных сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги достигается тем, что в известном способе стабилизации вероятности ложной тревоги радиолокационный сигнал одновременно сжимают в двух каналах, в фильтре сжатия одного из которых применяется равномерная весовая функция, сравнивают сжатый сигнал в этих каналах с порогами обнаружения и принимают решение об обнаружении цели, при этом согласно изобретению в фильтре сжатия второго канала применяют неравномерную весовую функцию, в каждом канале до сравнения с порогом обнаружения выделяют квадрат огибающей сжатого сигнала, затем из отсчетов квадрата огибающей формируют скользящие по дальности окна, расположенные симметрично относительно проверяемых на наличие целей дискрет по дальности, в сформированных скользящих по дальности окнах получают оценки средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала, при этом главные лепестки сжатых сигналов цензурируют, то есть исключают из скользящих по дальности окон, после чего вычисляют отношения отсчетов квадрата огибающей к оценкам средней мощности корреляционных шумов сжатых сигналов и принимают решение об обнаружении цели, если хотя бы в одном из каналов отношение отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности к оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала превысит порог обнаружения.
Новыми существенными признаками предлагаемого способа двухканального обнаружения радиолокационных сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги являются:
- применение в фильтре сжатия одного из каналов неравномерной весовой функции;
- выделение квадрата огибающей сжатого сигнала;
- формирование скользящего по дальности окна из отсчетов квадрата огибающей сжатого сигнала, расположенного симметрично относительно проверяемой на наличие цели дискреты по дальности;
- цензурирование главных лепестков сжатых сигналов из скользящего по дальности окна;
- получение в скользящем по дальности окне оценки средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала;
- определение отношения отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала к оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала.
Применение всех новых признаков совместно с признаками прототипа позволит достигнуть заявленный технический результат. Согласно предлагаемому способу двухканального обнаружения со стабилизацией вероятности ложной тревоги в одном из каналов отношение отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала к оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности больше, чем в другом. В результате после сравнения полученного отношения в каждом канале с порогом и дальнейшего принятия решения об обнаружении цели имеет место уменьшение потерь отношения сигнал/шум обнаруживаемого сигнала. Цензурирование главных лепестков сжатых сигналов из скользящего по дальности окна при получении оценки средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала уменьшает потери отношения сигнал/шум благодаря устранению влияния главных лепестков на величину отношения отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала к оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности. Средняя мощность корреляционных шумов сжатого сигнала после вычисления отношения отсчетов квадрата огибающей сжатого сигнала к оценкам средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала равна 1, благодаря чему обеспечивается стабилизация вероятности ложной тревоги.
Изобретение поясняется чертежом, где
Фиг. 1 - структурная схема устройства, реализующего заявленный способ двухканального обнаружения радиолокационных сигналов со стабилизацией вероятности ложной тревоги.
lt
(r)
(r)
(N-N*)
(r)
-2
(r)
(N-N*)
Устройство на Фиг. 1 работает следующим образом. Радиолокационный сигнал одновременно сжимают в фильтре с неравномерной весовой функцией 1 и в фильтре с равномерной весовой функцией 2, далее в квадратичных детекторах 3, 4 обоих каналов выделяют квадрат огибающей сжатого сигнала. В устройствах оценки 5, 6 в каждом канале из N-отсчетов квадрата огибающей сжатого сигнала формируют скользящие по дальности окна, расположенные симметрично относительно проверяемых на наличие целей дискрет по дальности, в которых для n-го отсчета квадрата огибающей  и  получают оценку средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала (в оценку входит мощность боковых лепестков сжатого сигнала и мощность шума) в канале с фильтром сжатия с равномерной весовой функцией  и в канале с фильтром сжатия с неравномерной весовой функцией , где ,  - n-й отсчет квадрата огибающей в канале с фильтром сжатия с равномерной и неравномерной весовой функцией, ,  - оценка средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала в канале с фильтром сжатия с равномерной весовой функцией и в канале с фильтром сжатия с неравномерной весовой функцией соответственно, при этом главные лепестки сжатых сигналов цензурируют [Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск / Под ред. В.Н. Тяпкина. - Красноярск, Сиб. федер ун-т, 2011. - С. 466, С. 471-473; Лозовский И.Ф. Алгоритм цензурирования сигналов в условиях неоднородных по мощности помех. - Вопросы радиоэлектроники, вып. 3, 2002. - С. 97-106] из скользящих по дальности окон, где ,  - m-й отсчет квадрата огибающей сжатого сигнала после цензурирования, принадлежащий скользящему по дальности окну, в канале с фильтром сжатия с равномерной весовой функцией и в канале с фильтром сжатия с неравномерной весовой функцией соответственно. В делителях обоих каналов 7, 8 в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности вычисляют отношения отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала к полученной в его окрестности оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала , . В каждом канале вычисленное отношение в пороговых устройствах 9, 10 сравнивается с порогом обнаружения , соответствующим заданной вероятности ложной тревоги F и зависящим от числа отсчетов N скользящего по дальности окна. Далее выходные сигналы пороговых устройств поступают на вход схемы «ИЛИ» 11, на выходе которой будет принято решение об обнаружении цели, если хотя бы в одном из каналов отношение отсчета квадрата огибающей сжатого сигнала в проверяемой на наличие цели дискрете по дальности к оценке средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала превысит порог обнаружения. Для осуществления цензурирования главных лепестков сжатых сигналов из скользящих по дальности окон при получении оценок средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала все отсчеты квадрата огибающей  соответствующего канала, принадлежащие скользящему по дальности окну, выстраиваются в вариационный ряд. На наличие главных лепестков сжатых сигналов в выборке из N-отсчетов квадрата огибающей сжатого сигнала в скользящем по дальности окне проверяются N*-наибольших величин вариационного ряда t: k·t>t, r=N, …, N-N*+1, , где t - r-я порядковая статистика в выборке из N отсчетов квадрата огибающей сжатого сигнала в скользящем по дальности окне, коэффициент k выбирается в результате математического моделирования для вероятности ложного цензурирования на один элемент скользящего по дальности окна, равной 10, N* - максимальное число отсчетов главных лепестков сжатых сигналов, попавших в скользящее по дальности окно, которое задается при расчете коэффициента k. Если взвешенная коэффициентом k r-я порядковая статистика k·t меньше (Ν-Ν*) - порядковой статистики t, то она используется для получения оценки средней мощности корреляционных шумов сжатого сигнала. В противном случае ее заменяют предыдущей (r-1)-й порядковой статистикой этого же окна, прошедшей проверку.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволит получить технический результат, заключающийся в уменьшении потерь отношения сигнал/шум при обнаружении слабого сигнала, частично перекрываемого более сильным сигналом, с сохранением стабилизации вероятности ложной тревоги.