СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ
INTERFERENCE SUPPRESSION METHOD

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для подавления помех при обнаружении сигналов в импульсных радиолокационных станциях. В частности, для подавления неоднородных по дальности пассивных помех (ПП).
l
2
N
T
Известен способ подавления помех ("Применение цифровой обработки сигналов" под ред. Опенгейма Э. М.: Мир, 1980), в котором из принятых радиолокатором сигналов в N периодах повторения когерентной пачки формируют отсчеты комплексной огибающей, отсчеты в каждом элементе дальности обрабатывают в режекторном фильтре с весовыми коэффициентами W=(w, w, …, w), заранее выбранными таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение мощности помех на выходе режекторного фильтра. В данном способе обеспечивается подавление некоторых видов пассивных помех с априори известными параметрами, например помех от неподвижных местных предметов (МП). В этом случае используют биномиальные весовые коэффициенты, находящиеся из выражения
где i - номер периода повторения пачки.
Существенный недостаток данного способа состоит в низком подавлении ПП с заведомо неизвестными параметрами (частота Доплера, коэффициент корреляции), включающих, например, помехи от метеообразований или сбрасываемых с борта самолета диполей.
w
l
2
N
T
Наиболее близким техническим решением является способ подавления помех (Попов Д.И. Синтез цифровых адаптивных режекторных фильтров, Радиотехника, 1981 г., т.36, №10), в котором из принятых радиолокатором сигналов в N периодах повторения когерентной пачки формируют отсчеты комплексной огибающей, при обработке отсчетов в k-ом элементе дальности оценивают матрицу ковариации помех  по отсчетам в Nэлементах дальности, окружающих обрабатываемый k-й элемент, определяют весовые коэффициенты режекторного фильтра W={w,w,…,w) из уравнения:
min
где I - единичная матрица размером N×N, λ- минимальное собственное значение матрицы  размером N×N, обрабатывают отсчеты k-го элемента дальности в данном режекторном фильтре. Причем для некоторых видов сигналов и помех существуют достаточно простые решения уравнения (1). Например, при обработке когерентной пачки сигналов с одинаковыми периодами повторения Т в условиях ПП элементы матрицы задаются в виде оценок
i
где  - оценка межпериодной фазы ПП,  - оценка коэффициента корреляции ПП между n-ым и m-ым периодами, где 1≤n, m≤N. При этом весовые коэффициенты режекторного фильтра  а значения νследующим образом выражаются через оценки  при разных N, где N≥2:
i
2
1,2
1. ν=1, ν=-ρ, для N=2;
l
3
2
1,2
2. ν=ν=1, ν=-2ρ, для N=3;
1
4
3. ν=-ν=1,
1
5
4. ν=ν=1,
i
Для встречающихся в большинстве ситуаций ПП с унимодальным гауссовым спектром значения ν выражаются следующим еще более простым образом через одну только оценку коэффициента корреляции между 1-м и 2-м периодами когерентной пачки:
i
2
1,2
1. ν=1, ν=-ρ, для N=2;
l
3
2
1,2
2. ν=ν=1, ν=-2ρ, для N=3;
l
4
2
3
1,2
3. ν=-ν=1, ν=-ν=- (1++), для N=4;
1=
5
4. νν=1,
В указанном способе обеспечивается подавление разного вида помех, в том числе ПП с заведомо неизвестными параметрами. При этом достигается минимальное значение мощности помех на выходе режекторного фильтра.
w
Основной недостаток этого способа заключается в снижении подавления неоднородных по дальности ПП, когда в окно из N элементов дальности, окружающих k-ый обрабатываемый элемент, попадают ПП с разными корреляционными параметрами. Это приводит к ошибкам в оценке корреляционных параметров ПП  (соответственно, оценки доплеровской фазы и коэффициента корреляции), неверному определению весовых коэффициентов
и, как следствие, увеличению мощности помех на выходе режекторного фильтра.
Техническим результатом (решаемой задачей) изобретения, таким образом, является устранение названного недостатка, а именно повышение подавления неоднородных по дальности ПП.
i,k
w
i,k
i,k
w
p
p
Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе достигается тем, что в известном способе подавления помех, представляющих собой пассивные помехи (ПП) с неизвестными параметрами, в котором из принятых радиолокатором сигналов и помех в N периодах повторения когерентной пачки, где N≥2, формируют отсчеты комплексной огибающей x, где i - номер периода повторения когерентной пачки, 1≤i≤N, k - номер элемента дальности, по отсчетам комплексной огибающей в окне из N элементов дальности, окружающих k-й элемент, формируют оценки корреляционных параметров помех, которые используют для определения весовых коэффициентов режекторного фильтра, на вход которого подают отсчеты комплексной огибающей x, согласно изобретению отсчеты комплексной огибающей x также подают на M дополнительных режекторных фильтров, весовые коэффициенты которых получают, используя оценки корреляционных параметров помех в соответствующих M окнах меньшего, чем N, размера, состоящих из элементов дальности, окружающих k-й элемент, затем в окне из N элементов дальности, окружающих k-й элемент, где Nвыбирается исходя из допустимого снижения подавления ПП, измеряют мощность помех  на выходах дополнительных режекторных фильтров, где j=1, …, M - номер дополнительного режекторного фильтра, и мощность помех  на выходе упомянутого режекторного фильтра, из дополнительных режекторных фильтров выбирают r-й, где 1≤r≤M, с минимальной оценкой мощности помех на его выходе  после чего проверяют следующее условие:
где d≤1 - коэффициент, величина которого определяется допустимым снижением подавления однородных по дальности ПП,
в зависимости от того, выполняется или нет данное условие, смесь сигналов и подавленных помех снимают с выхода либо r-го дополнительного режекторного фильтра или упомянутого режекторного фильтра.
Новыми существенными признаками предлагаемого способа являются следующие:
ik
w
- отсчеты комплексной огибающей x подают на M дополнительных режекторных фильтров, весовые коэффициенты которых получают, используя оценки корреляционных параметров помех в соответствующих M окнах разного и меньшего, чем N, размера, состоящих из элементов дальности, окружающих k-й элемент;
p
- в окне из N элементов дальности, окружающих k-й элемент, где Nвыбирается исходя из допустимого снижения подавления ПП, измеряют мощность помех  на выходах дополнительных режекторных фильтров, где j=1,…, M - номер дополнительного режекторного фильтра, и мощность помех  на выходе упомянутого режекторного фильтра;
- из дополнительных режекторных фильтров выбирают r-й, где 1≤r≤M минимальной оценкой мощности помех на его выходе
- проверяют условие (2), в котором d≤1 - коэффициент, величина которого определяется допустимым снижением подавления однородных по дальности ПП;
- в зависимости от того, выполняется или нет данное условие, смесь сигналов и подавленных помех снимают с выхода либо r-го дополнительного режекторного фильтра или упомянутого режекторного фильтра.
Применение всех новых признаков совместно с признаками прототипа позволит повысить подавление неоднородных по дальности ПП. Поскольку неоднородность ПП в окне вызывает увеличение мощности помех на выходе режекторного фильтра, весовые коэффициенты которого определяются по оценкам корреляционных параметров ПП в данном окне, условие (2) при неоднородности ПП по дальности выполняется. Дополнительный режекторный фильтр, весовые коэффициенты которого определяются оценками корреляционных параметров ПП в окне, размер которого в наибольшей степени соответствует размерам однородной области ПП, обеспечивает максимальное подавление ПП и, следовательно, минимальное значение выходной мощности помех
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1. Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ подавления помех.
Фиг.2. Структурная схема устройства, реализующего адаптивный режекторный фильтр на Фиг.1.
Фиг.3. Структурная схема устройства, реализующего измеритель мощности на Фиг.1.
Фиг.4. Структурная схема устройства, реализующего блок определения канала с минимальным значением на Фиг.1.
Фиг.5. Зависимости мощности порогового сигнала от номера элемента в окне (неоднородная ПП).
Фиг.6. Зависимости мощности порогового сигнала от номера элемента в окне (неоднородный МП).
Техническая реализация предлагаемого способа подавления помех возможна на основе устройства, показанного на Фиг.1. Устройство содержит формирователь отсчетов комплексной огибающей 1, вход которого является входом устройства, M+1 адаптивных режекторных фильтров 2, M+1 измерителей мощности 3, умножитель 4, блок определения канала с минимальным значением 5, схему сравнения 6, первый мультиплексор 7 и второй мультиплексор 7, выход которого является выходом устройства. При этом адаптивный режекторный фильтр 2 выполняет как функции оценки корреляционных параметров ПП в окне, размер которого задается информацией на его втором входе, так и функции собственно режекторного фильтра, весовые коэффициенты которого изменяются (перестраиваются) в зависимости от полученных оценок корреляционных параметров ПП.
Техническая реализация адаптивного режекторного фильтра 2 на Фиг.1 возможна в виде устройства, представленного на Фиг.2. Устройство содержит первый умножитель 4, блок задержки на период 9, входы которых подключены к первому входу блока оценки коэффициента корреляции ПП 10 и являются первым входом устройства, второй вход блока оценки коэффициента корреляции ПП 10 является вторым входом устройства, регистр 11, второй умножитель 4, арифметический блок расчета весовых коэффициентов режекторного фильтра 12, перестраиваемый режекторный фильтр 8, выход которого является выходом устройства.
p
Техническая реализация измерителя мощности 3 на Фиг.1 возможна в виде устройства, представленного на Фиг.3. Устройство содержит вычислитель квадрата модуля 13, вход которого является входом устройства, (N+1)-отводный регистр 14, сумматор 15, делитель 16, выход которого является выходом устройства.
Техническая реализация блока определения канала с минимальным значением 5 на Фиг.1 возможна в виде устройства, представленного на Фиг.4. Устройство содержит схему выбора минимального значения 17, M+1 входов которой являются входами устройства, M+1 схем сравнения 6 и шифратор 18, выход которого является выходом устройства.
i,k
w
w
w
k
k,j
k,r
k.
Устройство на Фиг.1 работает следующим образом. На формирователь отсчетов комплексной огибающей 1 поступают сигналы x(t) с выхода приемного устройства РЛС. С выхода формирователя отсчетов комплексной огибающей 1 отсчеты комплексной огибающей x поступают на M+1 адаптивных режекторных фильтров 2, причем весовые коэффициенты первого адаптивного режекторного фильтра 2 определяются по оценкам корреляционных параметров помех в окне из N элементов дальности, окружающих k-й элемент. Весовые коэффициенты каждого из j=1,…, M дополнительных адаптивных режекторных фильтров 2 определяются по оценкам корреляционных параметров помех в окнах соответствующего, меньшего, чем N, размера L(j), окружающих k-й элемент дальности. Отсчеты у с выхода первого адаптивного режекторного фильтра 2 и отсчеты u с выходов M дополнительных адаптивных режекторных фильтров 2 поступают на M+1 измерителей мощности 3 и информационные входы второго мультиплексора 7. Оценки мощности помех на выходах 1,…, M-го дополнительных адаптивных режекторных фильтров 2 полученные на выходах 2,…, M+1-го измерителей мощности 3, подаются на входы блока определения канала с минимальным значением 5. Минимальная из оценок мощности помех  с первого выхода блока определения канала с минимальным значением 5 подается на второй вход схемы сравнения 6. Оценка мощности помех  с выхода 1-го измерителя мощности 3 подается на первый вход умножителя 4, после умножения в котором на постоянный коэффициент d, подающийся на второй вход умножителя 4, величина  поступает на первый вход схемы сравнения 6. При выполнении условия  единичный сигнал с выхода схемы сравнения 6 поступает на управляющий вход первого мультиплексора 7 и разрешает прохождение на его выход сигнала r с его второго информационного входа, поступающего со второго выхода блока определения канала с минимальным значением 5. Если упомянутое выше условие не выполняется, то есть  то на выходе схемы сравнения 6 формируется нулевой сигнал, который, поступая на управляющий вход первого мультиплексора 7, разрешает прохождение на его выход сигнала 0 с его первого информационного входа. Таким образом, с выхода первого мультиплексора 7 на управляющий вход второго мультиплексора 7 подается либо сигнал, равный номеру r, где 1≤r≤M, дополнительного адаптивного режекторного фильтра 2, либо 0-й сигнал при выборе 1-го адаптивного режекторного фильтра 2. По данному управляющему сигналу на выход устройства передаются отсчеты, взятые с выхода r-го дополнительного адаптивного режекторного фильтра 2 u или 1-го адаптивного режекторного фильтра 2 y
Формирователь отсчетов комплексной огибающей 1 представляет собой устройство, известное, например, из (Л.Д.Ширман, В.Н.Манжос. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981, 416 с.).
p.k
p-1.k
1
2
N
Устройство на Фиг.2 работает следующим образом. В р-м периоде повторения когерентной пачки отсчеты x с выхода формирователя комплексной огибающей 1 поступают на первый вход блока оценки коэффициента корреляции ПП 10, вход блока задержки на период 9 и первый вход первого умножителя 4. Задержанные на период повторения когерентной пачки Т отсчеты x с выхода блока задержки на период 9 при этом поступают на третий вход блока оценки коэффициента корреляции ПП 10, в котором в соответствии с информацией о размере окна, поступающей на его второй вход, в данном окне дальности оценивают коэффициент корреляции ПП между 7-м и 2-м периодами повторения когерентной пачки  Оценка фазового вектора ПП  с первого выхода блока оценки коэффициента корреляции ПП 10 подается на первый вход второго умножителя 4, на второй вход которого с выхода регистра 11 поступает хранящийся в нем вектор поворота отсчетов по фазе в p-м периоде повторения  когерентной пачки  С выхода второго умножителя 4 новое значение вектора поворота отсчетов по фазе  записывается в регистр 11 для использования в следующем (p+1)-м периоде повторения когерентной пачки. Вектор поворота отсчетов по фазе в р-м периоде повторения когерентной пачки  с выхода регистра 11 подается на второй вход первого умножителя 4, с выхода которого отсчеты  с нулевой после поворота доплеровской фазой ПП подаются на информационный вход перестраиваемого режекторного фильтра 8. Оценка модуля коэффициента корреляции ПП  со второго выхода блока оценки коэффициента корреляции ПП 10 подается на вход арифметического блока расчета весовых коэффициентов режекторного фильтра 12, с выхода которого весовые коэффициенты режекторного фильтра ν, ν,…, ν подаются на управляющий вход перестраиваемого режекторного фильтра 8. В арифметическом блоке расчета весовых коэффициентов режекторного фильтра 12 в зависимости от N используются приведенные в таблице 2 расчетные формулы. В перестраиваемом режекторном фильтре 8 происходит оптимальное подавление ПП с нулевой доплеровской фазой, гауссовым спектром и модулем коэффициента корреляции  Смесь сигналов и подавленных помех с выхода перестраиваемого режекторного фильтра 8 поступает на выход данного устройства.
В блоке оценки коэффициента корреляции ПП 10, известного, например, из (Д.И.Попов. Синтез цифровых адаптивных режекторных фильтров, Радиотехника, 1981 г., т.36, №10), определяется оценка коэффициента корреляции между отсчетами комплексной огибающей j-го и 2-го периодов пачки повторения когерентной пачки по следующей формуле для j-го дополнительного адаптивного режекторного фильтра 2 на Фиг.1:
Перестраиваемый режекторный фильтр 8 аналогичен известному режекторному фильтру с постоянными весовыми коэффициентами, например, из (Л.Рабинер, Б.Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978), за исключением наличия управляющего входа, по которому передаются значения используемых в данный момент времени весовых коэффициентов трансверсального фильтра.
p
p.
Устройство на Фиг.3 работает следующим образом. На вычислитель квадрата модуля 13 поступают сигналы с выхода адаптивного режекторного фильтра 2. Далее с выхода вычислителя квадрата модуля 13 значения квадратов модуля входных отсчетов записываются в (N+1) - отводный регистр 14, с 1,…,  отводов которого сигналы подаются на сумматор 15 и, далее на первый вход делителя 16, на второй вход которого подается коэффициент NВеличина среднего значения квадратов модулей сигналов с выхода делителя 16 подается на выход данного устройства.
Устройство на Фиг.4 работает следующим образом. Оценки мощности помех , j=1, …, М с выхода измерителей мощности 3 поступают на 1, …, М входы схемы выбора минимального значения 17 и первые входы M схем сравнения 6. Минимальная оценка мощности помех  с выхода схемы выбора минимального значения 17 подается на вторые входы M схем сравнения 6. На выходах схем сравнения 6 единичный уровень появляется при равенстве входных сигналов, то есть при  в противном случае формируется нулевой уровень. С выходов M схем сравнения 6 логические сигналы подаются на 1,2,…, M входы шифратора 18, на выходе которого формируется число, равное номеру входа с единичным логическим уровнем, в данном случае это номер r.
3
-6
w
w
f
p
Расчеты характеристик обнаружения алгоритма прототипа и изобретения проводились методом статистического моделирования в среде MatLab ν.7.1. Число испытаний составляло 10. Параметры алгоритма: N=4; N=56, L(l)=8; число дополнительных режекторных фильтров M=1. Вероятность ложных тревог P=10. Неоднородность ПП в окне задавалась функцией Баттерворта с параметрами: длительность τ=8, 16; параметр плавности q=2, 8. При этом неоднородность устанавливалась в центр большого окна, а характеристики обнаружения рассчитывались во всех элементах окна. N=8 - размер окна, в котором оценивается мощность остатков помех.
Рассматривались следующие помеховые ситуации:
m
n
m
0
- смесь помех от однородных местных предметов (МП) с гауссовым или дробно-рациональным спектром шириной Δf=10 Гц, шума уровнем Р=-40 дБ относительно МП и неоднородных ПП с гауссовым или дробно-рациональным спектром шириной Δf=50 Гц и смещением доплеровской частоты f=0…500 Гц;
m
0
n
m
- смесь помех от однородных ПП с гауссовым или дробно-рациональным спектром шириной Δf=50 Гц и смещением доплеровской частоты f=0…500 Гц, шума уровнем P=-40 дБ относительно ПП и помех от неоднородных MП с гауссовым или дробно-рациональным спектром шириной Δf=10 Гц.
sd
p
Отдельные результаты приведены на Фиг.5, Фиг.6 в виде зависимостей мощности порогового сигнала P (дБ) от номера элемента в окне. Очевидно, что при использовании изобретения имеет место значительно сокращение области «тени», которая создается неоднородной помехой (за счет переходного процесса в схеме выбора канала с минимальной мощностью остатков область «тени» составляет ≈τ+2·N элементов). При этом имеет место существенный выигрыш в величине порогового сигнала по сравнению с прототипом, что говорит о повышении подавления неоднородных по дальности ПП в предлагаемом способе.