Пространственно-временная обработка в бортовых РЛС

Одной из задач, возлагаемой на бортовые РЛС (БРЛС), является обнаруже6ние и сопровождение маловысотных целей на фоне отражений от земной поверхности. При движении БРЛС перемежается относительно Земли с некоторой скоростью, что приводит к расширению спектра помехи:

, (10.18)

где - тангенциальная составляющая скорости;

- горизонтальный размер раскрыва антенны;

- угол между нормалью антенны и направлением на лоцируемый участок поверхности.

С каждого азимутального направления осуществляется прием помеховых колебаний, имеющих различные значения доплеровских частот. Для эффективного их подавления необходимо осуществлять резекцию помех с каждого направления, что может быть достигнуто построением адаптивных пространственно-временных фильтров.

При решении задач оптимального приема необходимо вычислять отношение правдоподобия (или его логарифма) и сравнивать его с порогом. Для построения схем обработки требуется знать весовой вектор, используемый в пространственно-временном фильтре. Общее число дискрет при (2М+1) канальном приеме составляет m = (2М+1)L. Это будет соответствовать размерности весового вектора D.

Отношение сигнал/(помеха + шум) на выходе пространственно-временного фильтра (ПВФ) равно:

(10.19)

где - ковариационная матрица полезных сигналов;

- ковариационная матрица (помеха + шум).

Максимум отношения зависит от значений весового вектора D, оптимальное значение которого может быть определено с помощью поискового или градиентного алгоритмов в самонастраивающихся ПВФ. Однако такие устройства очень сложны.

Может быть выбран более простой критерий минимума средней мощности остатков помехи на выходе ПВФ. Вариант адаптивного ПВФ, обеспечивающего компенсацию помех изображен на рис.10.22.

Рис.10.22. Адаптивный пространственно-временной фильтр

с выделенным основным каналом

В этом случае значения весового вектора D вычисляются с помощью корреляционных обратных связей без определения прямых и обратных ковариационных матриц помехи и шума, тем самым обеспечивается самонастройка фильтра на реплексию помехи.

Пространственно-временную обработку можно трактовать как процесс управления весовой функцией раскрыва антенны в режиме передачи или приема для каждого периода посылок. Выбором распределения поля на раскрыве можно изменять ковариационную матрицу помехи таким образом, чтобы обеспечить наилучшую компенсацию пассивных помех.

Различают системы пространственно-временной обработки сигналов с управлением амплитудно-фазовым распределением в раскрыве антенны при излучении и при приеме. В первом случае процесс называется пространственно-временной модуляцией излучаемых колебаний, во втором случае – пространственно-временной фильтрацией принимаемых сигналов.

При реализации пространственно-временной модуляции излучаемых колебаний передатчик можно подключать не ко всем элементам передающей антенны одновременно, а к группе элементов, образуя «излучающее окно» размером (рис.10. 23).

Рис.10.23 Пояснение принципа пространственно-временной модуляции

излучаемых сигналов

За счет коммутации элементов «излучающее окно» смещается в направлении, противоположном движению воздушного судна, чем достигается искусственная остановка движения антенны в пространстве. Для компенсации расширения спектра помеховых сигналов скорость перемещение окна в плоскости раскрыва антенны должна быть равна удвоенной тангенциальной составляющей скорости носителя БРЛС и противоположна по направлению

. (10.20)

Пространственно-временная фильтрация осуществляется путем программного изменения весовой функции антенного раскрыва, чем добиваются эффекта его «остановки». На интервале «остановки» можно сформировать ряд пространственных каналов. На рис.10. 24 изображен пример для трех каналов: канал с фазовым центром, смещенным вдоль раскрыва в направлении тангенциальной составляющей вектора скорости носителя «-1»; канал с фазовым центром в середине раскрыва «0» и канал с фазовым центром, смещенным в противоположную сторону от направления тангенциальной составляющей вектора скорости «+1».

Рис.10.24. Пояснение принципа пространственно-временной фильтрации

принимаемых сигналов

Программное управление положением фазового центра осуществляется только на прием.