Характеристики точности параметрического метода Берга при пространственной обработке сигналов в линейной неэквидистантной антенной решетке

Введение. При неэквидистантном (НЭ) расположении антенных элементов (АЭ) приемной антенной решетки (АР) в диаграмме направленности (ДН) возникают боковые лепестки (БЛ), уровень которых может существенно превышать приемлемый для практики. При невысоких отношениях сигнал/шум (ОСШ) это приводит к появлению аномальных ошибок при измерении угловых координат источников сигналов, что ухудшает статистические характеристики точности (ХТ) оценивания их угловых параметров. Является актуальным построение ХТ оценивания угловых координат модифицированного параметрического метода Берга (МБ) в приложении к задаче пространственной обработки отраженных сигналов в транспортируемой декаметровой (ДКМ) радиолокационной станции (РЛС) с неэквидистантной антенной решеткой (НЭАР) при расположении АЭ на прямой линии.
Цель работы. Анализ статистических ХТ оценивания угловых координат объектов при использовании модифицированного МБ для пространственной обработки отраженных сигналов в декаметровой РЛС с линейной НЭАР, АЭ которой расположены со случайным шагом в пределах от λ/2 до нескольких λ, где λ – рабочая длина волны несущего колебания.
Материалы и методы. При построении статистических ХТ использовалось компьютерное моделирование в среде MatLab, достоверность которого подтверждалась построением известных ХТ класси ческих методов на основе дискретного преобразования Фурье, а также сопоставлением полученных ХТ с асимптотическими границами, в том числе границами Крамера-Рао.
Результаты. Показана возможность и определены условия применения модифицированного параметрического МБ в задаче оценивания азимутальных координат отраженных радиолокационных сигналов при НЭ расположении АЭ приемной АР загоризонтной ДКМ РЛС. Получены статистические ХТ и проведено их сравнение с асимптотически оптимальными ХТ максимально правдоподобных оценок, соответствующих эквидистантному расположению АЭ.
Заключение. Полученные результаты доказали субоптимальность модифицированного МБ для обработки сигналов в НЭАР при случайном шаге расположения АЭ в пределах от λ/2 до 2λ, что позволяет рекомендовать его для применения в транспортируемых ДКМ РЛС.

1. Справочник по радиолокации: в 2 кн. Кн. 2 / под ред. М. И. Сколника; пер. с англ. под ред. В. С. Вербы. М.: Техносфера, 2015. 680 с.

2. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория: справочник / Я. Д. Ширман, Ю. И. Лосев, Н. Н. Минервин и др.; под ред. Я. Д. Ширмана. М.: ЗАО "МАКВИС", 1998. 828 с.

3. Алебастров В. А., Гойхман Э. Ш., Заморин И. М. Основы загоризонтной радиолокации / под ред. А. А. Колосова. М.: Радио и связь, 1984. 256 с.

4. Dzvonkovskaya A., Gurgel K.-W. Future Contribution of HF Radar WERA to Tsunami Early Warning Systems // Europ. J. of Navigation. 2009. Vol. 7, № 2. P. 1-7.

5. Основы проектирования многопозиционных декаметровых РЛС пространственной волны / В. М. Кутузов, А. В. Бархатов, А. В. Безуглов и др.; под общ. ред. В. М. Кутузова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2012. 191 с.

6. Адаптивные радиотехнические системы с антенными решетками / А. К. Журавлев, В. А. Хлебников, А. П. Родимов и др.; под. ред. Т. Ф. Шпагина. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991. 544 с.

7. Справочник по радиолокации: в 2 кн. Кн. 1 / под ред. М. И. Сколника; пер. с англ. под. ред. В. С. Вербы. М.: Техносфера, 2015. 671 с.

8. Караваев В. В., Сазонов В. В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь, 1987. 240 с.

9. Орощук И. М., Сучков А. Н., Василенко А. М. Мониторинг состояния морской поверхности корреляционным пространственным фильтром декаметрового диапазона // Горный инф. анал. бюл. Науч.-техн. журн. (спец. вып.). 2014. № S12-3. С. 77-87.

10. Орощук И. М., Сучков А. Н. Возможности применения нелинейных цифровых антенных решеток в декаметровом диапазоне // Вестн. инженерной школы ДВФУ. 2015. № 2 (23). С.17-26.

11. Эйдус А., Анпилогов В. Неэквидистантная антенная решетка с низким уровнем боковых лепестков. URL: http://lib.tssonline.ru/articles2/sputnik/neekvidistantnaya-antennaya-reshetka-s-nizkim-urovnem-bokovyh-lepestkov (дата обращения 16.03.2021)

12. Федосеева Е. В., Тарасов А. А. Исследование метода синтеза неэквидистантной равноамплитудной антенной решетки // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2011. № 3. С. 4-8.

13. Кутузов В. М., Овчинников М. А., Виноградов Е. А. Характеристики обнаружения параметрического метода обработки сигналов в неэквидистантной антенной решетке транспортируемой декаметровой радиолокационной станции // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23, № 6. С. 43–58. doi: 10.32603/1993-8985-2020-23-6-43-58

14. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь, 1993. 416 с.

15. Фалькович С. Е., Пономарев В. И., Шкварко Ю. В. Оптимальный прием пространственно-временных сигналов в радиоканалах с рассеянием / под ред. С. Е. Фальковича. М.: Радио и связь, 1989. 293 с.

16. Трифонов А. П., Шинаков Ю. С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986. Вып. 26. 264 с.

17. Кутузов В. М. Авторегрессионная обработка сигналов в квазиконформных кусочно-непрерывных антенных решетках // Изв. вузов. Электроника. 2001. № 4. С. 93-100.

18. Kutuzov V. M. Space-Time Data Processing with Breaks Based on the Parametric Models // Proc. Intern. Radar Symp. IRS-2004., Poland / Warsaw University of Technology. Warszawa, 19-21 May 2004. P. 391-399.

19. Кутузов В. М., Сотников А. А. Модельно-параметрические технологии обработки данных с разрывами // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2005. № 2. С. 3-10.

20. Kutuzov V. M., Sotnikov A. A. Model-Parametrical Spatial Signals Processing Use in Radar with Mechanical Scanning Antenna // Proc. Intern. Radar Symp. IRS-2005, Berlin, Germany, 6–8 Sept. 2005 / German Institute of Navigation. Berlin, 2005. P. 589-592.

21. Хайкин С. O., Карри Б. У., Кеслер С.Б. Спектральный анализ радиолокационных мешающих отражений методом максимальной энтропии // ТИИЭР. 1982. Т. 70, № 9. С. 51–62.

22. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / пер. с англ. О. И. Хабарова. М.: Мир, 1990. 584 с.

23. Kay S. M. Modern Spectral Estimation. New Jersey: Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, 1988. 543 p.

24. Haykin S. O. Adaptive Filter Theory / 4 th ed. Upper Saddle River. New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 2002. 936 p.

25. Горбунов Ю. Н., Лобанов Б. С., Куликов Г. В. Введение в стохастическую радиолокацию. М.: Горячая линия – Телеком, 2015. 376 с.

26. Кутузов В. М., Мазуров К. А. Многосегментный авторегрессионный алгоритм обработки сложномодулированных сигналов. Характеристики точности // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2012. № 3. С. 53-59.

27. Lang S. W., McClellan J. M. Frequency estimation with maximum entropy spectral estimators // IEEE Transactions on acoustics, speech and signal processing. 1980. Vol. 28, iss. 6. P. 716-724. doi: 10.1109/TASSP.1980.1163467