Двумерная разреженная антенная решетка пассивного когерентного радиолокатора с параметрическим алгоритмом обработки сигналов методом сечений

Введение. Для измерения угловых координат радиолокационных целей – азимута и угла места – в РЛС необходима двумерная конфигурация приемной антенной решетки (АР). Трансформация одномерной эквидистантной АР в плоскую двумерную при фиксированном числе антенных элементов (АЭ) и неизменном размере апертуры приводит к неэквидистантному расположению АЭ в строках АР, а сама АР становится разреженной, что негативно влияет на качество трехмерной диаграммы направленности (ДН) АР. Перспективным и актуальным методом построения характеристик направленности является метод сечений на основе модифицированного параметрического алгоритма Берга, который может быть рекомендован при пространственной обработке отраженных сигналов в пассивном когерентном радиолокаторе с двумерной разреженной приемной АР.
Цель работы. Анализ азимутальных и угломестных сечений трехмерных ДН при использовании модифицированного метода Берга для пространственной обработки отраженных сигналов в пассивном когерентном радиолокаторе, элементы АР которого расположены по горизонтали и по вертикали с шагом, кратным половине длины волны λ несущего колебания используемого сигнала подсветки.
Материалы и методы. Характеристики направленности строились с помощью компьютерного моделирования в среде MatLab при воздействии на каналы приема в каждом АЭ в качестве помехи некоррелированного аддитивного комплексного нормального шума.
Результаты. Показана возможность и определены условия применения модифицированного параметрического метода Берга в задачах обнаружения одиночного сигнала и углового разрешения равномощных сигналов в пассивном когерентном радиолокаторе, в состав которого входит двумерная разреженная АР. Проведено сравнение полученных характеристик направленности метода Берга с характеристиками направленности, построенными с помощью традиционных алгоритмов на основе дискретного преобразования Фурье. Применение метода Берга позволило снизить уровень боковых лепестков ДН до уровня -12…-17 дБ при отношении сигнал/шум 6 дБ, что является приемлемым для практики, а также существенно улучшить рэлеевское разрешение сигналов в АР.
Заключение. На основе полученных результатов делается вывод о целесообразности применения модифицированного метода Берга для обработки сигналов в двумерных разреженных АР при условии ограничений на способ размещения АЭ и размер апертуры АР. Это позволяет рекомендовать метод Берга для использования в пассивных когерентных радиолокаторах.

1. Пассивная когерентная радиолокация / А. В. Бархатов, В. И. Веремьев, Е. Н. Воробьев, А. А. Коновалов, Д. А. Ковалев, В. М. Кутузов, В. Н. Михайлов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2016. 163 с.

2. Проектно-ориентированная целевая подготовка кадров в партнерстве "вуз – предприятие" / В. М. Кутузов, А. В. Бархатов, В. И. Веремьев, Е. Н. Воробьев, В. Н. Малышев, О. Г. Петкау, М. С. Шмырин // XIX Всерос. науч.-практ. конф. "Планирование и обеспечение подготовки кадров для промышленноэкономического комплекса региона": сб. докл. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2020. С. 10–13.

3. Poullin D., Flecheux M., Klein M. Elevation Angle Estimation for Low-Altitude Targets Using DVB (SFN Broadcasters) // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2012. Vol. 27, № 11. P. 27–35. doi: 10.1109/MAES.2012.6380823

4. Кутузов В. М., Мазуров К. А. Многосегментный авторегрессионный алгоритм обработки сложномодулированных сигналов в задачах обнаружения скоростных целей // Радиотехника. 2012. № 7. С. 33–39.

5. Toward 3D passive radar exploiting DVB-T2 transmitters of opportunity / A. V. Barkhatov, E. N. Vorobev, V. I. Veremyev, V. M. Kutuzov // Intern. J. of Microwave and Wireless Technologies. 2019. Vol. 11, no. 7. P. 577–583. doi: 10.1017/s1759078719000746

6. Черняк В. С. О новом направлении в радиолокации: MIMO РЛС // Прикладная радиоэлектроника. 2009. № 4. С. 477–489.

7. Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов: в 2 т. Т. 1: Оптимальные методы / ГНЦ ОАО "Концерн ЦНИИ «Электроприбор»". СПб., 2009. 400 с.

8. Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов: в 2 т. Т. 2: Адаптивные методы / ГНЦ ОАО "Концерн ЦНИИ «Электроприбор»". СПб., 2011. 374 с.

9. Кутузов В. М., Сотников А. А. Модельно-параметрические технологии обработки данных с разрывами // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2005. Вып. 2. С. 3–10.

10. 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

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

12. 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.

13. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория: справ. / под ред. Я. Д. Ширмана. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2007. 512 с.

14. Haykin S. O. Adaptive Filter Theory. 5th ed. Boston: Pearson, 2013. 912 p.

15. Коновалов А. А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации. Ч. 1. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2013. 164 с.