www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Пространственно-временная адаптивная обработка

цель:
спектр пассивной помехи
ОСШ [дБ]
нормированная
частота доплера
азимут
активные помехи

Рисунок 1. Принцип пространственно-временной фильтрации

цель:
спектр пассивной помехи
ОСШ [дБ]
нормированная
частота доплера
азимут
активные помехи

Рисунок 1. Принцип пространственно-временной фильтрации

Пространственно-временная адаптивная обработка

Одним из основных требований, предъявляемых к современным бортовым радиолокаторам, является обнаружение движущихся целей в присутствии пассивных и активных помех. Решение подобных задач для бортовых радиолокаторов имеет существенную особенность, связанную с движением платформы, на которой установлен радиолокатор. Данная особенность состоит в том, что пассивыне помехи, представляющие собой сигналы, отраженные от неподвижных наземных рассеивателей, приобретают допплеровский сдвиг частоты. Следовательно, такие помехи не могут быть эффективно подавлены применяемыми в наземных радиолокаторах методами, к которым относится, в частности, череспериодная компенсация эхо-сигналов, имеющих одинаковый фазовый набег. Для движущегося бортового радиолокатора пассивная помеха распределена и в пространстве (по дальности и азимуту) и в частотной области. При этом частота Допплера пассивной помехи будет зависеть от угла между направлением движения платформы и направлением на рассеиватель. Для радиолокатора бокового обзора пассивная помеха от рассеивателя, расположенного в момент зондирования перпендикулярно курсу платформы, будет иметь нулевую частоту Допплера.

На Рисунке 1 предствлен пример сигнально-помеховой обстановки для бортового радиолокатора бокового обзора в системе координат «частота Допплера — угол визирования (азимут)». Данный пример соотвествует ситуации, когда в луче антенны радиолокатора находится движущаяся цель на фоне пассивной помехи. Кроме этого, по боковому лепестку диаграммы направленности воздействует активная помеха.

Спектр пассивной помехи изображен зеленым цветом. Вследствие модуляции диаграммой направленности антенны распределение амплитуды пассивной помехи имеет гребенчатый характер. При нулевом угле визирования (то есть перпендикулярно курсу движения платформы) допплеровская частота пассивной помехи равна нулю. С отклонением линии визирования рассеивателя от нулевого направления в спектре пассивной помехи возникает допплеровская составляющая.

Серым цветом изображен спектр активной помехи. В данном случае помеха имеет спектр, перекрывающий всю полосу частот Допплера, которые обрабатывает радиолокатор, и воздействует по боковому лепестку диаграммы направленности.

Синим символом изображен эхо-сигнал цели, находящейся по центру луча, и движущейся с определенной радиальной скоростью.

Из рисунка видно, что при использовании обычных методов обработки, то есть раздельно пространственной и временной обработки, цель будет маскироваться помехами. Так, селекция по нулевой частоте Допплера не обеспечит подавление пассивной помехи, поскольку в зависимости от угла визирования могут возникать пассивные помехи (в том числе по боковым лепесткам диаграммы направленности), имеющие такую же частоту Допплера, что и цель. Кроме того, если цель будет иметь малую скорость (и, соответственно, малую допплеровскую добавку частоты), то ее эхо-сигналы будут подавлены вместе с пассивной помехой. Пространственная обработка (фильтрация помех с определенного угла прихода) вызывает «ослепление» радиолокатора, как по медленным, так и по быстрым целям, попадающим по азимуту в зону подавления.

Для преодоления отмеченных трудностей разработан алгоритм пространственно-временной адаптивной обработки (англ. Space-Time Adaptive Processing, STAP). Принцип ее заключается в том, что для защиты от помех формируется пространственно-временной фильтр, параметры которого адаптируются в зависимости от параметров движения платформы и от помеховой обстановки. В зависимости от скорости движения платформы рассчитываются значения частот Допплера пассивных помех для заданных направлений визирования. Рассчитанные значения используются для постороения фильтра подавления. В направлениях, где обнаружены активные помехи, формируются нули диаграммы направленности, чем обеспечивается пространственная селекция. Кроме этого, для построения фильтров выполняется расчет ковариационной матицы помех по результатам измерений.

Чтобы пояснить суть пространственно-временной адаптивной обработки графически, обратимся к Рисунку 1. Из него видно, что спектр пассивной помехи имеет вид гребня, повернутого в плоскости «Допплер — Азимут». Для подавления такой помехи двумерный пространственно-временной фильтр должен иметь характеристику, инверсную спектру помехи, то есть его характеристика должна быть повернута под таким же углом и иметь провал там, где спектр помехи имеет максимум.

Реализация метода STAP заключается в обработке выборки радиолокационных сигналов с выхода каждого элемента антенной решетки, полученных за несколько периодов повторения когерентных зондирующих импульсов. На выходе алгоритма обработки сигнал представляет собой линейную комбинацию или взвешенную сумму входных сигналов. При этом весовые коэффициенты для каждого сигнала рассчитываются адаптивно, на основе анализа текущей помеховой обстановки, в ходе котрого вычисляются элементы ковариационной матрицы помех. Вычисление элементов этой матрицы выполняется по результатам измерений в тестовых зонах вблизи анализируемой ячейки дальности. В результате выполняется адаптация характеристики тракта обработки радиолокатора к фактическому двумерному спектру помех, чем обеспечивается прием эхо-сигналов целей при одновременном подавлении как пассивных так и активных помех.