СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЕРОЯТНОСТИ ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ Российский патент 2013 года по МПК G01S13/00 

Заявляемое техническое решение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) для обнаружения сигналов при действии импульсных помех.

В современных РЛС широко используются сигналы достаточно большой длительности с внутриимпульсной модуляцией [Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, т.3, М: Сов. Радио, 1979, с.400, 402]. Увеличение длительности импульса позволяет увеличить энергию сигнала при сохранении импульсной мощности, а введение внутриимпульсной модуляции и сжатие импульса в фильтре сжатия обеспечивает разрешающую способность по дальности. При этом актуальной задачей является стабилизация вероятности ложной тревоги (ВЛТ) в различных условиях работы РЛС.

Известен способ стабилизации ВЛТ при действии собственных шумов, а также внешних стационарных помех, заключающийся в автоматической регулировке усиления (АРУ) в приемном тракте РЛС, например, путем регулировки усиления по уровню шума в нерабочих интервалах между излученным и принимаемым сигналами (ШАРУ), что эквивалентно изменению уровня порога обнаружения [Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, т.3, М.: Сов. Радио, 1979, с.170]. В этом случае оптимальный прием в линейном канале при заданном уровне ВЛТ при действии шумовой помехи обеспечивает наибольшую вероятность обнаружения цели. Но при воздействии импульсной помехи система ШАРУ из-за своей инерционности не успевает отслеживать ее уровень [Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, т.3, М.: Сов. Радио, 1979, с.170]. В этом случае обеспечить требуемую ВЛТ не представляется возможным, т.к. на выходе фильтра сжатия образуется ряд шумоподобных выбросов, уровень которых при достаточно большой импульсной мощности помехи может превышать установленный порог обнаружения, что вызовет ложные обнаружения цели и, соответственно, возрастание ВЛТ. Таким образом, известный способ обеспечивает стабилизацию уровня ВЛТ в условиях некоррелированного шума, но не обеспечивает заданный уровень ВЛТ при действии импульсной помехи. В этом заключается недостаток известного способа.

Наиболее близким к заявляемому способом является способ стабилизации вероятности ложной тревоги, заключающийся в сжатии принятого сигнала в фильтре сжатия в канале с ограничением, в сравнении сжатого сигнала с порогом, в принятии решения об обнаружении сигнала, если сжатый сигнал превысил порог обнаружения. Этот способ основан на фазовом различении, когда ограничивают принимаемый сигнал на уровне, значительно ниже уровня шумов [Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, т.3, М.: Сов. Радио, 1979, с.172]. При этом для широкополосного сигнала отношение сигнал/шум после ограничения и сжатия сигнала уменьшается незначительно (не превышает 1 дБ) по сравнению со сжатием сигнала в линейном канале. Этот способ обеспечивает стабилизацию ВЛТ при действии импульсных помех, поскольку после ограничения уровень сжатого сигнала зависит только от степени соответствия фазовой структуры принятого сигнала фазовой структуре фильтра сжатия и не зависит от его мощности.

Недостатком наиболее близкого способа является то, что для частично перекрывающихся по времени эхо-сигналов возникает эффект подавления слабого сигнала более сильным и вероятность обнаружения слабого сигнала уменьшается при увеличении их относительного перекрытия [там же, с.173, второй абзац снизу]. Этот эффект приводит к пропуску малозаметных целей, расположенных вблизи более заметной по отражающим свойствам цели.

Техническим результатом (решаемой задачей) является стабилизация вероятности ложной тревоги при сохранении возможности обнаружения слабого сигнала при частичном перекрытии его с более сильным.

Эта задача решается на основе совместного использования канала обработки принятого сигнала с ограничением и линейного канала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе стабилизации вероятности ложной тревоги, заключающемся в сжатии принятого сигнала в фильтре сжатия в канале с ограничением, в сравнении сжатого сигнала с порогом обнаружения, в принятии решения об обнаружении сигнала, если сжатый сигнал превысил порог, отличающийся тем, что дополнительно сжимают принятый сигнал в фильтре сжатия в линейном канале, сравнивают уровень сжатого сигнала с порогом линейного канала, принимают решение об обнаружении k-го сигнала, где k - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_k и имеющего уровень U_огрk в канале с ограничением, не достигшего порога в канале с ограничением, если этот сигнал в линейном канале имеет уровень U_линk, превышающий порог линейного канала и если в интервале t_k±T, Т - длительность излученного сигнала, существует i-ый сжатый сигнал, где i - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_i, имеющий уровень U_линi, превысивший порог обнаружения в линейном канале, и соответствующий ему сжатый сигнал, обнаруженный в канале с ограничением и имеющий уровень U_огрi, и выполняется условие .

Суть заявляемого способа заключается в следующем. Импульсная помеха в канале с ограничением будет подавлена при любом ее уровне, но, при достаточном ее уровне, она пройдет через фильтр сжатия линейного канала. В ограничителе сильный сигнал подавляет слабый, но отношение их уровней сохраняется, т.к. ограничитель в данном случае выступает как вычислитель отношения, [Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, М., Советское радио, 1979, т.3, с.179]. Заявляемый технический результат достигается за счет более полного использования информации при сопоставлении результатов линейной и нелинейной обработки.

При обнаружении в канале с ограничением хотя бы одного сигнала, который может подавить более слабые до уровня ниже порога (но с сохранением отношения уровней, если это сигналы от цели), решение об обнаружении подавленного сигнала принимают не на основе сравнения его уровня с порогом, а на основе сравнения отношений уровней сигналов, соответственно, в канале с ограничением и в линейном канале. Если отношение меньше, то это не сигнал от цели, а помеха, а если больше, то это частичное перекрытие сигналов от целей, и чем меньше степень перекрытия, тем больше это отношение в канале с ограничением (при не перекрытии сигналы будут равны максимальному уровню ограниченного сигнала, если даже в линейном канале они не равны, но превышают уровень порогового сигнала). Если в канале с ограничением обнаружен сигнал (т.е. он превысил порог обнаружения), то осуществляют поиск сигналов, которые он мог подавить, т.е. сигналов от целей, которые не достигли порога обнаружения. Признаком таких сигналов служит отношение к обнаруженному сигналу, которое не меньше такового в линейном канале. Математически сказанное можно представить в виде неравенства , откуда следует ранее приведенное выражение , являющееся признаком наличия k-го подавленного сигнала от цели.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг.1 схематично показаны частично перекрывающиеся во времени широкополосные i-ый и k-ый сигналы с линейной частотной модуляцией от двух близкорасположенных целей, различающиеся по величине амплитуды (сильный и слабый сигналы), и импульсная помеха в виде короткого радиоимпульса без внутриимпульсной модуляции с большой импульсной мощностью на входе каналов обработки.

На фиг.2 показаны результаты моделирования на ЭВМ процесса обработки в линейном канале. В результате прохождения i-го и k-то сигналов через фильтр сжатия их длительность сократилась (произошло сжатие), а длительность импульсной помехи на выходе фильтра сжатия увеличилась из-за несоответствия ее фазовой структуры фазовой структуре фильтра. В данном случае i-ый, k-ый сигналы и импульсная помеха на выходе фильтра сжатия линейного канала превышают порог обнаружения.

На фиг.3 показаны i-ый, k-ый сигналы в моменты времени t_i, t_k и импульсная помеха на выходе фильтра сжатия канала с ограничением. Здесь i-ый сигнал превышает порог, на основании чего принимают решение об обнаружении сигнала от цели, а более слабый k-ый сигнал оказался ниже порога обнаружения из-за подавления его более сильным i-ым сигналом, импульсная помеха подавлена до уровня шумов в результате ограничения ее уровня до фильтра сжатия. Таким образом k-ый сигнал от другой близкорасположенной цели с меньшей отражающей способностью в способе-прототипе не будет обнаружен. При этом отношение уровней сигналов сохранилось, а отношение уровня помехи к уровню сигнала уменьшилось до уровня отношения шума к сигналу по сравнению с отношением в линейном канале.

На фиг.4 показан результат обнаружения близкорасположенных целей по предлагаемому способу. Здесь i-ый и k-ый сигналы обнаружены, а импульсная помеха подавлена.

Способ основан на том, что если сигналы согласованы с фильтром сжатия, то хотя после ограничения и происходит подавление слабого сигнала сильным, но соотношение их уровней сохраняется, поэтому если в канале с ограничением обнаружен сильный сигнал (он превысил порог), то слабый сигнал в канале с ограничением хотя и может оказаться ниже порога обнаружения, но отношение его уровня к уровню сильного сохранится как и в линейном канале. Это и служит признаком, на основании которого принимают решение, что это сигнал, а не помеха, поскольку для помехи это отношение будет всегда меньше, чем в линейном канале в результате ограничения ее уровня на уровне шумов. Этим и достигается заявленный технический результат.

Изобретение может быть использовано в радиолокационных станциях для стабилизации вероятности ложной тревоги при действии импульсных помех. Достигаемый технический результат - стабилизация вероятности ложной тревоги при сохранении возможности обнаружения слабого сигнала при частичном перекрытии его с более сильным. Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе сжимают принятый сигнал в фильтре сжатия в канале с ограничением, сравнивают сжатый сигнал с порогом обнаружения, принимают решения об обнаружении сигнала, если сжатый сигнал превысил порог, при этом дополнительно сжимают принятый сигнал в фильтре сжатия в линейном канале, сравнивают уровень сжатого сигнала с порогом линейного канала, принимают решение об обнаружении k-го сигнала, где k - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_k и имеющего уровень U_огрk в канале с ограничением, не достигшего порога в канале с ограничением, если этот сигнал в линейном канале имеет уровень U_линk, превышающий порог линейного канала и если в интервале t_k±T, Т - длительность излученного сигнала, существует i-ый сжатый сигнал, где i - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_i, имеющий уровень U_линi, превысивший порог обнаружения в линейном канале, и соответствующий ему сжатый сигнал, обнаруженный в канале с ограничением и имеющий уровень U_огрi, и выполняется условие .

Способ стабилизации вероятности ложной тревоги, заключающийся в сжатии принятого сигнала в фильтре сжатия в канале с ограничением, в сравнении сжатого сигнала с порогом обнаружения, в принятии решения об обнаружении сигнала, если сжатый сигнал превысил порог, отличающийся тем, что дополнительно сжимают принятый сигнал в фильтре сжатия в линейном канале, сравнивают уровень сжатого сигнала с порогом линейного канала, принимают решение об обнаружении k-го сигнала, где k - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_k и имеющего уровень U_огрk в канале с ограничением, не достигшего порога в канале с ограничением, если этот сигнал в линейном канале имеет уровень U_линk, превышающий порог линейного канала, и если в интервале t_k±Т, Т - длительность излученного сигнала, существует i-й сжатый сигнал, где i - порядковый номер сигнала, сжатого в момент времени t_i, имеющий уровень U_линi, превысивший порог обнаружения в линейном канале, и соответствующий ему сжатый сигнал, обнаруженный в канале с ограничением и имеющий уровень U_oгpi, и выполняется условие