СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕКОГЕРЕНТНОЙ ПАЧКИ СИГНАЛОВ С ПОСТОЯННЫМ УРОВНЕМ ЛОЖНЫХ ТРЕВОГ Российский патент 2010 года по МПК G01S7/36 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения некогерентной пачки сигналов на фоне помех. В частности, для обнаружения некогерентной пачки сигналов при воздействии помех, мощность которых изменяется от периода к периоду повторения импульсов некогерентной пачки и несинхронных с периодом повторения сигналов (НС), длительность которых сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели в каждом из периодов пачки.

Известен способ обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Сов. радио, 1974). Суть этого способа состоит в сравнении амплитуд сигналов, принятых в каждом периоде пачки, с порогом и накоплении бинарных сигналов превышения порогового уровня. В этом способе принимается решение о том, что сигналы в проверяемом элементе дальности отражены от цели, если число превышений порогового уровня в N периодах повторения импульсов некогерентной пачки было не меньше, чем цифровой порог К. При этом обеспечивается низкий уровень ложных тревог при воздействии НС, длительность которых сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели в каждом из периодов пачки, если их число за пачку меньше, чем К.

Основной недостаток этого способа заключается в существенных потерях обнаружения некогерентной пачки сигналов цели по сравнению со способами обнаружения некогерентной пачки сигналов, в которых накапливаются амплитуды принятых в периодах пачки сигналов.

Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, известный из (Васильев К.К. Цифровое обнаружение некогерентных импульсных сигналов при изменяющейся мощности помехи. Изв. ВУЗов СССР. Радиоэлектроника, №7, 1978 г.). В данном способе в окне из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого на наличие сигналов цели k-го элемента дальности, в каждом из n=1, …, N периодов пачки оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по среднему значению квадратов огибающей помехи: , нормируют квадрат огибающей в проверяемом элементе к указанным оценкам мощности помех , усредняют результаты нормирования за N импульсов пачки, принимают решение о том, что сигналы в проверяемом элементе дальности отражены от цели при превышении средним значением нормированных сигналов порогового уровня С:

В прототипе обеспечиваются низкие потери обнаружения сигналов цели в условиях стационарных помех и помех, мощность которых изменяется от периода к периоду повторения импульсов пачки, например, несинхронных с периодом повторения импульсов пачки шумовых импульсных помех, длительность которых превышает размеры окна по дальности.

Недостаток наиболее близкого известного способа состоит в том, что при воздействии НС, длительность которых сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели в каждом из периодов пачки, существенно возрастает уровень ложных тревог.

Техническим результатом (решаемой задачей) изобретения является устранение названного недостатка, а именно снижение уровня ложных тревог при воздействии НС, длительность которых сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели в каждом из периодов пачки.

Технический результат (решаемая задача) в предлагаемом способе достигается тем, что в известном способе обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, в котором в каждом из N периодов повторения некогерентной пачки выполняют следующее: формируют окно из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого k-го элемента дальности, где , оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по среднему значению в окне из N_w элементов дальности квадратов огибающей помехи , нормируют квадрат огибающей в проверяемом элементе дальности к оценке мощности помех ; после этого усредняют результаты нормирования в N периодах повторения некогерентной пачки, затем принимают решение об обнаружении некогерентной пачки сигналов в проверяемом элементе дальности в случае превышения усредненным результатом нормирования порогового уровня С, согласно изобретению из результатов нормирования z_k,n в N периодах повторения некогерентной пачки образуют упорядоченную выборку , элементы данной выборки с рангом r от N-N_s+1 до N, где N_S<N, взвешенные с постоянным коэффициентом d, определяемым допустимой величиной потерь обнаружения некогерентной пачки сигналов в присутствии шума, сравнивают с элементом упорядоченной выборки с рангом N-N_s, проверяя тем самым выполнение условия

для r=N, … N-N₂+1,

при выполнении данного условия принимают решение об обнаружении в i-м периоде повторения некогерентной пачки НС, где номер периода i находится из выражения , из усредняемых исключают связанный с наличием указанного НС результат нормирования z_k,i, подсчитывают число раз m, где 0≤m≤N_s, когда упомянутое условие было выполнено, пороговый уровень С изменяют в зависимости от числа m так, чтобы обеспечить заданное значение вероятности ложных тревог.

Новыми существенными признаками предлагаемого способа являются следующие:

- образование упорядоченной выборки из результатов нормирования z_k,n в N периодах повторения некогерентной пачки;

- проверка условия (2), заключающегося в сравнении с элементом упорядоченной выборки с рангом N-N_s взвешенных с постоянным коэффициентом d элементов данной выборки с рангом r от N-N_s+1 до N, где N_s<N;

- при выполнении данного условия принятие решения об обнаружении в i-м периоде повторения некогерентной пачки НС, где номер периода i находится из выражения , исключение из усредняемых результата нормирования z_k,i, связанного с наличием указанного НС;

- подсчет числа раз m, где 0≤m≤N_s, когда условие (2) было выполнено;

- учет зависимости порогового уровня С от числа m так, чтобы обеспечить заданное значение вероятности ложных тревог.

Применение всех новых признаков совместно с признаками прототипа позволит получить снижение уровня ложных тревог при воздействии НС, длительность которых в каждом из периодов пачки сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели.

Изобретение поясняется чертежами:

- Фиг.1 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ обнаружения некогерентной пачки сигналов.

- Фиг.2 - характеристики обнаружения некогерентной пачки при воздействии НС в прототипе и предлагаемом способе.

Техническая реализация предлагаемого способа обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог возможна на основе устройства, показанного на Фиг.1. Устройство содержит квадратор 1, вход которого является входом устройства, (N_w+1) - отводный регистр 2, N_w - входовый сумматор 3, два делителя 4, N - отводный регистр 5, блок ранжирования выборки 6, умножитель 7, N_s блоков сравнения 8, N_s - входовый сумматор 9, N_s мультиплексоров 10, блок памяти порогов 11, N - входовый сумматор 12, пороговый блок 13.

Устройство работает следующим образом. На квадратор 1 поступают отсчеты огибающей x_i,n с выхода приемного устройства РЛС. С выхода квадратора 1 отсчеты поступают на (N_w+1) - отводный регистр 2, с центрального отвода которого в каждом из периодов пачки снимаются и подаются на первый вход второго делителя 4 отсчеты в проверяемом элементе дальности. Отсчеты с отводов регистра 2 подаются на N_w - входовый сумматор 3 и далее на первый делитель 4, в результате чего определяются и подаются на второй вход второго делителя 4 оценки мощности помех в каждом периоде повторения импульсов. Квадраты огибающей принятых сигналов нормируются к оценкам мощности помех во втором делителе 4 и записываются в N - отводный регистр 5, N выходов которого соединены с соответствующими входами блока ранжирования выборки 6. С выходов блока 6 отсчеты снимаются в порядке возрастания, так что первому выходу соответствует минимальный отсчет , а выходу N - максимальный отсчет Отсчеты ,…, с выходов 1,…,N-N_s блока 6 без изменений подаются на N-входовый сумматор 13, так как в них не могут содержаться отсчеты НС. Отсчеты с выходов N-N_s+1,…,N блока ранжирования выборки 6 подвергаются дополнительной обработке, которая заключается в их сравнении в блоках сравнения 8 с умноженным на коэффициент в блоке умножения 7 сигналом c выхода N-N_s блока ранжирования выборки 6. На выходах блоков сравнения 8 в случае непревышения сигналов с выхода блока ранжирования выборки 6 над сигналом с выхода блока умножения 7 появляются единичные сигналы, которые, поступая на управляющие входы мультиплексоров 10, разрешают прохождение сигналов с выходов блока ранжирования выборки 6 на входы N-входового сумматора 12. При наличии в выборке отсчетов НС большой амплитуды прохождение сигналов с выходов блока ранжирования выборки 6 на входы N-входового сумматора 12 запрещается, данные сигналы исключаются из дальнейшей обработки. Сумма нормированных сигналов, прошедших обработку, с выхода блока N-входового сумматора 12 подается на первый вход порогового блока 13, выход которого является выходом устройства. На второй вход порогового блока 13 с выхода блока памяти порогов 11 подается величина порога обнаружения, которая соответствует числу сигналов N-m, которые остались в обработке. Величина N-m определяется суммированием в блоке N_s-входового сумматора 9 одноразрядных сигналов с выходов блоков сравнения 8 и подается на вход блока памяти порогов 11.

Расчеты характеристик предлагаемого способа обнаружения некогерентной пачки сигналов проводились методом статистического моделирования в среде программы MatLab v.7. Параметры были следующими: число импульсов в пачке N=4, число НС N_s=1, весовой множитель d=-8 дБ, номинальное значение вероятности ложных тревог P_f=10^-6, размер окна по дальности N_w=32.

Зависимости вероятности обнаружения некогерентной пачки сигналов от мощности НС для прототипа и предлагаемого способа обнаружения показаны на Фиг.2. Обозначено: р - прототип, i - изобретение. Если для прототипа НС обнаруживается практически так же, как обычная некогерентная пачка сигналов от цели, вероятность обнаружения НС стремится к 1 при увеличении его мощности S, то в предлагаемом способе обнаружения некогерентной пачки сигналов уровень ложных тревог в значительной степени снижается P_f≥0.017.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит решить поставленную задачу с получением технического результата, который заключается в снижении уровня ложных тревог при воздействии НС, длительность которых сравнима с длительностью сигналов, отраженных от цели в каждом из периодов пачки.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения некогерентной пачки сигналов на фоне помех. Достигаемый технический результат изобретения - снижение уровня ложных тревог. Для достижения указанного технического результата в способе обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, в котором в каждом из N периодов повторения некогерентной пачки выполняют следующее: формируют окно из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого k-го элемента дальности, где оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по среднему значению в окне из N_w элементов дальности квадратов огибающей помехи нормируют квадрат огибающей в проверяемом элементе дальности к оценке мощности помех ; после этого усредняют результаты нормирования в N периодах повторения некогерентной пачки, затем принимают решение об обнаружении некогерентной пачки сигналов в проверяемом элементе дальности в случае превышения усредненным результатом нормирования порогового уровня С, выполняют следующее: из результатов нормирования z_k,n в N периодах повторения некогерентной пачки образуют упорядоченную выборку , элементы данной выборки с рангом r от N-N_s+1 до N, где N_s<N, взвешенные с постоянным коэффициентом d, определяемым допустимой величиной потерь обнаружения некогерентной пачки сигналов в присутствии шума, сравнивают с элементом упорядоченной выборки с рангом N-N_s, проверяя тем самым выполнение условия для r = N, … N-N₂+1, при выполнении данного условия принимают решение об обнаружении в i-м периоде повторения некогерентной пачки несинхронного с периодом повторения сигнала, где номер периода i находится из выражения из усредняемых результатов нормирования исключают связанный с наличием указанного несинхронного с периодом повторения сигнала результат нормирования z_k,i, подсчитывают число раз m, где 0≤m<N_s, когда упомянутое условие было выполнено, пороговый уровень С изменяют в зависимости от числа m так, чтобы обеспечить заданное значение вероятности ложных тревог. 2 ил.

Способ обнаружения некогерентной пачки сигналов с постоянным уровнем ложных тревог, в котором в каждом из N периодов повторения некогерентной пачки выполняют следующее: формируют окно из N_w элементов дальности, расположенных симметрично относительно проверяемого k-го элемента дальности, где , оценивают мощность помех в проверяемом элементе дальности по среднему значению в окне из N_w элементов дальности квадратов огибающей помехи , нормируют квадрат огибающей в проверяемом элементе дальности к оценке мощности помех ; после этого усредняют результаты нормирования в N периодах повторения некогерентной пачки, затем принимают решение об обнаружении некогерентной пачки сигналов в проверяемом элементе дальности в случае превышения усредненным результатом нормирования порогового уровня С, отличающийся тем, что из результатов нормирования z_k,n в N периодах повторения некогерентной пачки образуют упорядоченную выборку , элементы данной выборки с рангом г от N-N_s+1 до N, где N_s<N, взвешенные с постоянным коэффициентом d, определяемым допустимой величиной потерь обнаружения некогерентной пачки сигналов в присутствии шума, сравнивают с элементом упорядоченной выборки с рангом N-N_s, проверяя тем самым выполнение условия для r = N, … N-N_s+1, при выполнении данного условия принимают решение об обнаружении в i-м периоде повторения некогерентной пачки несинхронного с периодом повторения сигнала, где номер периода i находится из выражения , из усредняемых результатов нормирования исключают связанный с наличием указанного несинхронного с периодом повторения сигнала результат нормирования z_k,i, подсчитывают число раз m, где 0≤m≤N_s, когда упомянутое условие было выполнено, пороговый уровень С изменяют в зависимости от числа m так, чтобы обеспечить заданное значение вероятности ложных тревог.