А Обнаружение радиолокационных сигналов

 

Обнаружение радиолокационных сигналов – статистическая задача, в ходе решения которой с определённой вероятностью принимается решение о наличии радиолокационной цели.

Задача решается путём анализа смеси сигнала и шума (помехи), мгновенные значения которой распределены по случайному закону.

В качестве вероятностных характеристик обнаружения используются условные вероятности правильного обнаружения D и ложной тревоги F.

Вероятность правильного обнаружения F – вероятность того, что выбросы смеси сигнала и шума, соответствующие одному и тому же разрешаемому объему зоны действия, превысят порог обнаружения.

Вероятность ложной тревоги D – это вероятность того, выбросы шума (помехи) превысят порог обнаружения в одном и том же разрешаемом объеме зоны действия.

От значения вероятности ложных тревог зависит нагрузка диспетчера УВД, вынужденного отсеивать ложные отметки ВС, и загрузка вычислительных средств АС УВД (КСА), пытающихся завязать и построить траекторию несуществующей цели

Вероятности D и F связаны между собой следующим образом

, [2.23]

где q - отношение сигнал-шум по мощности.

, [2.24]

где U₀ – порог обнаружения;

– среднеквадратическое значение шума на выходе линейной части приемника.

Для формирования требований к порогу обнаружения в радиолокации используется три критерия:

- идеального наблюдателя (используется редко);

- последовательного наблюдателя (используется чаще);

- Неймана - Пирсона (используется в большинстве случаев).

Критерий Неймана - Пирсона, как наиболее часто использующийся, требует поддерживать в процессе обнаружения постоянство заданного уровня ложной тревоги F.

Вероятностные характеристики обнаружения задаются потребителем РЛИ и должны составлять:

№ п/п	Тип средства РТОП	D	F
	ОРЛ-А, ОРЛ-Т, ПРЛ	≥ 0,8	10^-6
	ВРЛ, РЛС ОЛП	≥ 0,9	10^-6

Для обнаружения радиолокационного сигнала на фоне шумов и помех используют обнаружители в виде порогового устройства (рис.2.23.) с задаваемым порогом U_пор.

Величина порога обнаружения U_пор может зависеть от случайных характеристик смеси полезного сигнала и помехи (закона распределения мгновенных значений и его числовых характеристик).

Обнаружители с таким порогом называют параметрическими. Параметрические обнаружители максимально эффективны для конкретного распределения радиолокационного сигнала.

Обнаружители, не зависящие от вида распределения называют непараметрическими. Они уменьшают зависимость вероятности ложной тревоги от статистического характера сигнала на входе обнаружителя и полезны в более широком кругу реальных ситуаций, чем параметрический обнаружитель. Примером является ранговый обнаружитель, используемый в современных АПОИ ГА.

Для автоматического обнаружения сигналов в разные годы использовались аналоговые и дискретные (цифровые) средства.

В аналоговом устройстве обнаружения входное пороговое устройство обеспечивает нормировку сигнала в виде пачки сигналов из трёх импульсов (рис.2.24).

Рис.2.23. Обнаружитель

Порог U₀ выбирается в соответствии с заданной величиной вероятности ложной тревоги F. Линия задержки многоотводная. Время задержки между отводами соответствует периоду повторения импульсов запуска. При наличии импульсов отраженного сигнала в соответствующих периодах зондирования и при повышении их суммы установленного порога обнаружения u_пор, принимается решение об обнаружении (на рис.2.24. u_пор =2Ui).

Алгоритмы автоматического обнаружения и измерения координат воздушных объектов предполагают обязательное разбиение зоны обзора на отдельные дискреты по дальности и азимуту (рис.2.25).

Размер дискрет выбирается из следующих соображений. Минимальный размер дискрета по дальности h_R может быть ограничен величиной разрешающей способности по дальности δR.

Рис.2.24. Структурная схема аналогового устройства обнаружения

Размер дискрета по азимуту Δβ определяется ошибками измерения координаты азимута. Обычно в РЛС эти дискреты задаются малыми азимутальными импульсами МАИ, число которых за обзор равно 4096 или, в последних РЛС - 16384.

В цифровых устройствах обнаружение пачки радиолокационных сигналов производится путем определения её импульсов, последующего счёта числа импульсов К и сравнения этого значения с установленным порогом К_пор (рис.2.26.).

Рис.2.25. Вид сектора зоны обнаружения РЛС (тёмным цветом показаны участки зоны, сигналы с которых превысили величину К_пор)

Во входном пороговом устройстве видеосигналы с РПрУ нормируются по амплитуде и длительности и, как бинарные сигналы «1» или «0», поступают на регистр сдвига РС и, одновременно, на реверсивный счётчик РСИ.

Число разрядов РС и РСИ равно ожидаемому числу импульсов в пачке М. Реально фиксируемое в них количество импульсов может изменяться по времени из-за флюктуации импульсов пачки по амплитуде и непревышения отдельными импульсами порога входного ПУ. Функции входного ПУ выполняет бинарный квантизатор или аналого-цифровой преобразователь, а уровень входного порога U_пор выбирается относительно собственных шумов приёмника σ_ш из условия

U_пор = (1,8…2,2)σ_ш

Рис.2.26. Дискретный обнаружитель пачки радиолокационных сигналов

При записи в РСИ К_пор импульсов с выходного ПУ снимется первый импульс обнаружения. Импульсы, поступившие в РС, сдвигаются на один разряд синхросигналами ИС в каждом периоде работы РЛС. После М тактов сдвига импульсы с РС поступают на вычитающий вход РСИ, где число записанных импульсов начинает уменьшаться. Как только оно станет меньше К_пор, на выходном ПУ перестанет формироваться импульс обнаружения.

Это устройство обнаружения называется обнаружителем типа «движущегося окна», в котором проводится анализ сигнала в импульсном объёме, определяемом разрешением по дальности δR и размерами Δβ движущейся по азимуту ДН антенны РЛС (рис.2.25.).

Для обнаружения во всей зоне, устройство (рис.2.26.) должно быть многоканальным по дальности. Число колец дальности при этом равно

 

n = R_max/ δR.

Решение об обнаружении пачки принимается по логике «К из М», где М — число импульсов в анализируемой пачке, а К — число импульсов пачки, превысивших заданный порог К_пор.

Обнаружение бинарных сигналов даёт проигрыш в отношении сигнал/шум на (1,5…2) дБ по сравнению с аналоговыми сигналами, но более просто в технической реализации.

Реальные радиолокационные сигналы имеют случайные значения амплитуд и фаз в различных элементах зоны обнаружения, кроме того они принимаются одновременно с помехами различного вида и интенсивности. Кроме того, при неизвестной интенсивности помехи нельзя установить уровень порога, обеспечивающего заданное качество обнаружения сигнала.

Для обеспечения F = const в таком случае необходимо оценивать уровень помеховых сигналов и формировать плавающий порог обнаружения. Технически задачу формирования адаптивного порога обнаружения решают при помощи устройств стабилизации уровня ложных тревог (СУЛТ) (рис.2.27.).

Такое устройство обеспечивает оценку среднего уровня помех для каждого элемента разрешения по дальности и, на основе него, формирует порог обнаружения U_пор для одиночного импульса от цели.

Рис.2.27. Схема обнаружения одиночных импульсов при внутрипериодной обработке со стабилизацией уровня ложных тревог

В приведенной схеме СУЛТ обеспечивается определение среднего уровня помех вблизи дискрета дальности 3, в котором необходимо обнаружить принятый сигнал. Входные сигналы задерживаются в линиях задержки на несколько дискрет дальности, в приведённой схеме окно анализа составляет 5 дискрет. Для оценки среднего уровня помехи справа и слева от анализируемого дискрета сигналы суммируются и делятся на число слагаемых. Полученное значение U_{ср.пом .} используется для формирования заданного порога обнаружения одиночного импульса пачки.