Повышение эффективности инверсной фильтрации сигналов на основе метода коррекции базиса

Введение. Повышение разрешающей способности радиолокационных станций, превышающей рэлеевский предел, особенно важно для современных радиоэлектронных систем, функционирующих в условиях низкого отношения сигнал/шум и интенсивных внешних помех. Данная задача приобретает ключевое значение для обеспечения точного обнаружения и идентификации объектов на значительных расстояниях, что открывает широкие возможности для применения этой технологии. Один из эффективных методов обработки – инверсная фильтрация (ИФ), однако ее эффективность при традиционной реализации значительно снижается с ухудшением помеховой обстановки, что ограничивает область применения в реальных ситуациях.

Цель работы. Разработка и исследование подхода, направленного на повышение эффективности ИФ посредством внедрения и использования метода коррекции базиса, что позволяет улучшить качество обработки сигналов и повысить устойчивость системы к помехам.

Материалы и методы. Исследование основано на математическом моделировании процессов фильтрации и анализе влияния различных параметров на эффективность ИФ. Моделирование процессов осуществлялось в специально разработанном программном обеспечении. Использованы методы теории обработки сигналов, включая теорию матриц и теорию вероятностей.

Результаты. Предложен метод коррекции базиса, повышающий эффективность ИФ за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе фильтра. Получены зависимости отношения сигнал/шум от параметров коррекции. Введено понятие среднего квадрата нормы импульсной характеристики фильтра, что обеспечивает дополнительный аналитический инструмент для оценки и оптимизации метода. Предложен практический подход к реализации метода для повышения разрешающей способности радиолокационных систем.

Заключение. Метод коррекции базиса позволяет повысить эффективность ИФ и расширяет возможности ее использования в условиях низкого входного отношения сигнал/шум. Вклад исследования заключается в разработке новой методики улучшения качества обработки сигналов в радиолокационных системах, что позволяет расширить их применение даже при неблагоприятных условиях приема сигнала.

1. Чижов А. А. Сверхрэлеевское разрешение: в 2 т. Т. 1: Классический взгляд на проблему. М.: URSS, 2010. 96 с.

2. Schneider M., Habets E. A. P. Iterative DFT-Domain Inverse Filter Optimization Using a Weighted Least-Squares Criterion // IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech and Language Processing. 2019. Vol. 27, № 12. P. 1957–1969. doi: 10.1109/TASLP.2019.2936385

3. Super-resolution surface mapping for scanning radar: inverse filtering based on the fast iterative adaptive approach / Yo. Zhang, Yin Zhang, W. Li, Yu. Huang, J. Yang // IEEE transactions on geoscience and remote sensing. 2018. Vol. 56, № 1. P. 127–144. doi: 10.1109/TGRS.2017.2743263

4. Nelander A. Processing for continuous radar waveforms // Intern. Waveform Diversity & Design Conf. Edinburgh, UK, 08–10 Nov. 2004. IEEE, 2004. P. 1–5. doi: 10.1109/IWDDC.2004.8317557

5. Семченков С. М., Печенев Е. А., Абраменков А. В. Повышение разрешающей способности радиолокатора по дальности за счет инверсной фильтрации // Журн. СФУ. Техника и технологии. 2018. Vol. 11, № 3. P. 301–312.

6. Практическое применение алгоритма инверсной фильтрации в обработке радиолокационных сигналов / М. Т. Балдычев, П. Е. Петухов, Ю. М. Авдонина, К. И. Чеботарь // Электромагнитные волны и электронные системы. 2020. Т. 25, № 6. С. 38–44. doi: 10.18127/j15604128-202006-05

7. Инверсная фильтрация импульсных сигналов / В. В. Абраменков, О. В. Васильченко, С. М. Семченков, Е. А. Печенев // Электромагнитные волны и электронные системы. 2017. № 4. С. 42–53.

8. Семченков С. М., Печенев Е. А. Способ повышения разрешающей способности за счет инверсной фильтрации импульсных сигналов // Радиопромышленность. 2017. № 3. С. 103–109.

9. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. 1072 с.

10. Кревецкий А. В., Мельников А. Д. Разрешениеобнаружение сигналов на базе сопряженных согласованных фильтров // Радиотехника. 2007. № 4. С. 3–8.

11. Кревецкий А. В., Мельников А. Д., Евдокимов А. О. Обнаружение периодических ФМ радиосигналов с использованием сопряженного согласованного фильтра // Радиотехника. 2003. № 5. С. 11–16.

12. Gray R. M. Toeplitz and Circulant Matrices: A Review // Foundations and Trends in Communications and Information Theory. 2006. Vol. 2, № 3. P. 155–239. doi: 10.1561/0100000006

13. Применение метода коррекции базиса для устранения неопределенности при синтезе инверсного фильтра / Р. Г. Хафизов, Е. А. Григорьевых, Е. С. Пахмутова, М. С. Соколова, А. М. Масликов // Журн. радиоэлектроники [электрон. журн.]. 2022. № 12. doi: 10.30898/1684-1719.2022.12.6

14. Хафизов Р. Г., Салихова Л. М., Мертвищев А. С. Нестационарный инверсный фильтр // Журн. радиоэлектроники [электрон. журн.]. 2024. № 9. doi: 10.30898/1684-1719.2024.9.7

15. Григорьевых Е. А., Хафизов Р. Г., Мелешко А. В. Расчет характеристик обнаружения сигналов для приемника на базе инверсного фильтра в условиях неопределенности // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2023. № 4. С. 51–58.