СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С МОНОИМПУЛЬСНОЙ ПЕЛЕНГАЦИЕЙ ОТ МНОГОКРАТНЫХ ОТВЕТНО-ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ Российский патент 2024 года по МПК G01S7/36 H04B1/10 G01S13/04 H04K3/00 

Способ защиты радиолокационной станции (РЛС) обнаружения воздушных целей с моноимпульсной пеленгацией от многократных ответно-импульсных помех (МОИП) относится к области радиолокации и, конкретно, к способам радиоэлектронной защиты импульсных РЛС от имитирующих сигналоподобных помех, принимаемых по главному лучу диаграммы направленности антенны (ДНА) РЛС.

Большие проблемы работе РЛС создают импульсные помехи со структурой, близкой к структуре зондирующего сигнала. Для постановщика помех импульсная помеха является наиболее энергетически выгодной. Частным случаем импульсных помех являются синхронные ответные помехи [1, с. 60], которые излучаются после приема станцией помех зондирующего сигнала РЛС, и импульсные помехи, которые излучают независимо от приема зондирующего сигнала на основе ранее разведанных параметров сигнала РЛС. В результате действия сигналоподобных помех наблюдаются ложные цели. Высокая эффективность ответной помехи достигается тем, что постановщик помехи переизлучает копию зондирующего сигнала независимо от его уровня, что при радиолокационном обзоре пространства обеспечивает ее обнаружение не только в главном луче, но и по боковым лепесткам ДНА, в результате чего создается большое число ложных сигналов (отметок), хаотических или неподвижных, в простейшем случае, либо движущихся с установленной постановщиком помехи скоростью, в случае синхронной ответной помехи. Во всех случаях импульсы помехи воспринимаются как отраженные от целей, поэтому по ним выполняют захват и завязку трассы [2, с. 109] с последующим ее сбросом в случае несинхронной импульсной помехи или ведением ложной трассы, в случае синхронной ответной помехи с изменяющейся задержкой.

Наиболее сложной является задача выделения целей, маскируемых ложными сигналами, при действии синхронной ответной помехи в главном луче ДНА, поскольку синхронная ответная помеха формирует пространственный пакет сигналов [3, с. 275], трудноотличимых от пакета отраженных от цели сигналов, что приводит к перегрузке устройств обработки сигнала и сопровождения трасс и практически к невозможности сопровождения реальных целей.

Известен способ защиты РЛС от импульсных и синхронных ответных помех [1, с. 140], заключающийся в том, что устанавливают два порога -основной и превышающий его дополнительный. Уровень основного порога устанавливают исходя из допустимой вероятности ложной тревоги от собственных шумов. Принятый сигнал сравнивают с основным и дополнительным порогами. При этом сигналы, одновременно превысившие основной и дополнительный пороги, считают помехой и исключаются из дополнительной обработки.

Известен способ защиты радиолокационной станции от синхронных ответных помех [4]. Способ основан на установке основного порога обнаружения и превышающего его дополнительного. При этом дополнительный порог устанавливают в каждом интервале дальности. Из сигналов, превысивших основной порог, формируют пространственные пакеты сигналов, считают, что пакет сигналов сформирован из сигналов синхронной ответной помехи, если один или несколько сигналов пакета превысили дополнительный порог. По такому пакету сигналов определяют признаки, по которым обнаруживают аналогичные пакеты сигналов в зоне действия РЛС. Операция сравнения сигнала с порогом так же известна как сравнение с порогом отношения правдоподобия [3, с. 90].

В вышеприведенных способах отношением правдоподобия является сигнал, прошедший соответствующую обработку в приемнике РЛС.

Недостаток известных способов защиты от помех состоит в том, что в качестве отличительного признака помехи от отраженного целью сигнала является его амплитуда. Средства создания ответных помех могут формировать помеховые сигналы с любой амплитудой, полностью повторяя структуру и энергию отраженного целью сигнала. Таким образом, в случае отсутствия значительных различий в амплитудах помеховых и целевых сигналов, рассмотренные способы не эффективны.

В качестве наиболее близкого аналога выбран рассмотренный способ защиты радиолокационной станции от синхронных ответных помех [4].

Техническим результатом изобретения является селекция сигналов целей и многократных ответно-импульсных помех с идентичной структурой и энергией, при их приеме по главному лучу диаграммы направленности антенны РЛС обнаружения воздушных целей с моноимпульсной пеленгацией.

Способ эффективен для селекции как синхронных, так и не синхронных помех, создаваемых одним источником, при числе сигналов в анализируемом пространственном секторе не менее трех. Способ работоспособен при отсутствии существенных различий амплитуд помеховых и целевых сигналов. При увеличении амплитуды помеховых сигналов эффективность селекции возрастает.

Технический результат достигается использованием в качестве признака отличия сигналов целей и помех законов распределения оценок их угловых координат и амплитуд.

Закон распределения оценок угловых координат сигналов целей считается равномерным, а помех - нормальным. Нормальный закон распределения угловых координат помех обусловлен тем, что помехи формируются одним источником - постановщиком помех, а случайные ошибки измерения координат сигналов обусловлены наличием внутренних шумов приемника РЛС.

Способ применим в РЛС с моноимпульсным измерением угловых координат благодаря тому, что моноимпульсный метод обеспечивает высокую точность измерения угловых координат принимаемых сигналов. Имеющие место ошибки измерений значительно меньше ширины ДНА, при этом точность измерения угловых координат зависит от отношения сигнал/шум [5, с. 135]. Основным фактором случайных ошибок является внутренний шум приемника РЛС. Систематические ошибки, имеющие место при моноимпульсной пеленгации, влияния на эффективность способа не оказывают.

Способ защиты РЛС с моноимпульсной пеленгацией от многократных ответно-импульсных помех, включающий двухпороговую обработку, отличается от известных тем, что производят локализацию пространственного сектора, содержащего помеховые и целевые сигналы, превысившие первичный порог, рассчитывают отношение правдоподобия для каждого сигнала с учетом оценок его угловых координат и отношения сигнал/шум, сравнивают отношение правдоподобия с вторичным порогом, при превышении которого принимают решение о том, что сигнал отражен целью, в противном случае - что сигнал сформирован постановщиком помех.

Суть заявленного способа защиты РЛС с моноимпульсной пеленгацией от МОИП состоит в следующей последовательности действий.

При установлении факта воздействия на РЛС МОИП производят локализацию пространственного сектора, в котором наблюдаются множественные сигналы (фиг. 1). Сигналы, попавшие в пространственный, сектор могут быть как помехами, так и принадлежать целям. Область распределения сигналов в системе угловых (сферических) координат РЛС имеет форму эллипса с полуосями

где - среднеквадратические отклонения оценок азимута и угла места сигналов при отношении сигнал/шум равном первичному порогу обнаружения сигналов (отметок), характеризующие точность измерения угловых координат обнаруженных сигналов. Площадь эллипса такого размера обеспечивает попадание в него помех, созданных одним источником, с вероятностью, близкой единице.

Координаты центра области распределения сигналов (β0, ε0), через которую проходит ось симметрии пространственного сектора, определяют по выражениям

где β_i, ε_i - оценки азимута и угла места i-го сигнала;

- среднеквадратические отклонения измеряемых угловых координат;

N - число сигналов, находящихся в пространственном секторе.

Угловые координаты и являются эффективными оценками направления на источник помех.

Среднеквадратическое отклонение измеряемой амплитудным моноимпульсным методом угловой координаты определяется шириной ДНА и отношением сигнал/шум [5, с. 136]

Где - ширина ДНА РЛС по уровню половинной мощности для соответствующей угловой координаты (азимут и угол места);

q_i - оценка отношение сигнал/шум i-го сигнала.

Рассчитывают отношение правдоподобия для каждого сигнала с учетом оценок его угловых координат и отношения сигнал/шум по выражению

- коэффициент пропорциональности.

Решение о том, i-й сигнал отражен целью принимают при выполнении условия

где h_вт - значение вторичного порога.

Если условие (5) не выполняется, принимают решение о том, что сигнал сформирован постановщиком помех.

Значение вторичного порога рассчитывают в соответствии с выражением

где F - заданная вероятность ошибочной селекции помехового сигнала (вероятность ложной тревоги в отсутствие сигналов целей).

В результате селекции по каждому сигналу принимается решение о его принадлежности реальной цели либо помехе. Пример решения задачи селекции при числе сигналов помех 20 и числе сигналов целей 3 приведен на фиг. 2. В качестве примера выбран случай с ошибкой селекции помехи.

Изобретения иллюстрируются следующими чертежами:

Фиг. 1.а - пример распределения сигналов (отметок) в пространственном секторе в координатах дальность - азимут.

Фиг. 1.b - пример распределения сигналов (отметок) в пространственном секторе в координатах азимут - угол места.

На фиг. 1.а и 1.b приняты следующие обозначения:

1 - РЛС;

2 - постановщик помех;

3 - помеховые сигналы;

4 - целевые сигналы;

5 - граница пространственного сектора в полярной системе угловых координат РЛС;

6 - не идентифицированные сигналы (отметки).

Фиг. 2 - пример решения задачи селекции целей и помех при числе сигналов помех 20 и числе сигналов целей 3.

Фиг. 2.а - истинные значения.

Фиг. 2.b - результат селекции.

На фиг. 2 условно обозначены:

* - сигнал цели;

ο - сигнал помехи;

• - сигнал, по которому принято ошибочное решение.

Фиг. 3 - зависимости среднего числа ошибочно различенных помеховых сигналов из выборки от числа помеховых сигналов в ней, при различном числе целевых сигналов (оценка вероятности правильного различения целевого сигнала постоянная во всем диапазоне N_п и равна 0,92) при q помеховых и целевых сигналов равномерно распределенном в интервале от 13 до 30 дБ.

Фиг. 4 - зависимости среднего числа ошибочно различенных помеховых сигналов из выборки от числа помеховых сигналов в ней, при различном числе целевых сигналов (оценка вероятности правильного различения целевого сигнала постоянная во всем диапазоне N_п и равна 0,8) при q помеховых сигналов равномерно распределенном в интервале от 13 до 30 дБ, q целевых сигналов 20 дБ.

При установлении факта воздействия на РЛС МОИП селекцию сигналов и помех производят заявленным способом. Способ включает следующие действия.

Производят локализацию пространственного сектора, в котором наблюдаются множественные сигналы, для чего формируют область распределения сигналов в форме эллипса в системе угловых координат РЛС (фиг. 1). Размер полуосей эллипса выбирают в соответствии с (1). Направление пространственного сектора однозначно определяется положением оси его симметрии, проходящей через центр пространственного сектора, содержащие сигналы. Координаты центра сектора (β₀, ε₀) рассчитывают в соответствии с (2) и (3).

Производят селекцию сигналов, находящихся пространственном секторе, для чего рассчитывают отношение правдоподобия каждого сигнала по (4). Признание сигнала целевым производят при превышении отношением правдоподобия вторичного порога (условие (5)). Если первичный порог не превышается сигнал признают помеховым.

Значение вторичного порога рассчитывают по выражению (6) на основе компромисса между вероятностью ошибочной селекции помехового сигнала (вероятность ложной тревоги) и вероятностью правильной селекции целевого сигнала (вероятность правильного обнаружения), в зависимости от требований, предъявляемых к характеристикам РЛС.

Заявленный технический результат подтвержден экспериментально с использованием имитационной модели системы селекции сигналов для следующих характеристик РЛС и помеховых условий.

Ширина диаграммы направленности РЛС по азимуту 2°, по углу места 3°. Измерение угловых координат сигналов производится моноимпульсным методом по каждой из угловых координат. Вероятность ошибочной селекции помехового сигнала задана значением 0,01 (вероятность ложной тревоги).

Минимальное отношение сигнал/шум (равное первичному порогу обнаружения сигналов) составляет 13 дБ. Амплитуда целевых сигналов, превысивших первичный порог обнаружения, распределена равномерно в диапазоне от 13 до 30 дБ. Амплитуда помеховых сигналов:

вариант 1 - постоянная, и равна 20 дБ;

вариант 2 - распределена равномерно в диапазоне от 13 до 30 дБ.

Число помеховых сигналов (N_п) - от 3 до 100.

Число целевых сигналов (N_ц) - 0,1, 2, 3.

Каждое значение вероятности оценено по 100000 реализаций. Результаты оценок приведены на фиг. 3 и 4.

Эффективность селекции сигналов целей и многократных ответно-импульсных помех с идентичной структурой и энергией оценена по двум показателям - среднему числу ошибочно отселектированных помеховых сигналов из выборки и вероятности правильной селекции целевого сигнала. Значения показателей существенно зависят от числа помеховых и целевых отметок, а также их амплитуд. В приведенном примере, при типовых значениях числа помеховых сигналов (от 3 до 100) и целевых сигналов (от 0 до 3), среднее число ошибочно отселектированных помеховых сигналов из выборки составило от 0,03 до 1 при вероятности правильной селекции целевого сигнала от 0,8 до 0,92. Это позволяет заключить о достижении технического результата, состоящего в селекции сигналов целей и многократных ответно-импульсных помех с идентичной структурой и энергией, при их приеме по главному лучу диаграммы направленности антенны РЛС обнаружения воздушных целей с моноимпульсной пеленгацией.

Литература

1. Защита от радиопомех [Текст] / М.В. Максимов, М.П. Бобнев, Б.Х. Кривицкий и др., под ред. М.В. Максимова. - М.: Сов. радио, 1976. - 496 с.

2. С.З. Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986.

3. Теоретические основы радиолокации [Текст] / Я.Д. Ширман, В.Н. Голиков, И.Н. Бусыгин и др., под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.

4. Патент RU 2557253. Способ защиты радиолокационной станции от синхронных ответных помех.

5. Моноимпульсная радиолокация [Текст] / А.И. Леонов, К.И. Фомичев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984. - 312 с.

Изобретение относится к области радиолокации и, конкретно, к способам защиты активных РЛС обнаружения воздушных целей от сигналоподобных многократных ответно-импульсных помех, принимаемых по главному лучу диаграммы направленности антенны РЛС. Техническим результатом изобретения является селекция сигналов целей и многократных ответно-импульсных помех с идентичной структурой и энергией, при их приеме по главному лучу диаграммы направленности антенны РЛС обнаружения воздушных целей с моноимпульсной пеленгацией. В заявленном способе технический результат достигается локализацией пространственного сектора, содержащего помеховые и целевые сигналы, превысившие первичный порог, расчетом отношения правдоподобия для каждого сигнала с учетом оценок его угловых координат и отношения сигнал/шум. Отношение правдоподобия сравнивают со вторичным порогом, при превышении которого принимают решение о том, что сигнал отражен целью, в противном случае – что сигнал сформирован постановщиком помех. 4 ил.

Способ защиты радиолокационной станции с моноимпульсной пеленгацией от многократных ответно-импульсных помех (МОИП), включающий двухпороговую обработку, отличающийся тем, что, при установлении факта воздействия на РЛС МОИП производят локализацию пространственного сектора, содержащего помеховые и целевые сигналы, превысившие первичный порог обнаружения, равный минимальному отношению сигнал/шум сигнала, для чего формируют область распределения сигналов в форме эллипса в системе угловых координат РЛС с полуосями:

где σ_β0, σ_ε0 - среднеквадратические отклонения оценок азимута и угла места сигналов при отношении сигнал/шум, равном первичному порогу обнаружения сигналов, характеризующие точность измерения угловых координат обнаруженных сигналов, далее производят селекцию сигналов, находящихся в пространственном секторе, для чего рассчитывают отношение правдоподобия для каждого сигнала с учетом оценок его угловых координат и отношения сигнал/шум по выражению:

где q_i - оценка отношения сигнал/шум i-гo сигнала;

N - число сигналов, находящихся в пространственном секторе;

_β0, _ε0 - координаты центра области распределения сигналов;

β_i,ε_i - оценки азимута и угла места i-гo сигнала;

- среднеквадратические отклонения измеряемых угловых координат;

- коэффициент пропорциональности;

θ_β0,5, θ_ε0,5 - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции по уровню половинной мощности по азимуту и углу места;

сравнивают отношение правдоподобия с вторичным порогом, который определяется в соответствии с выражением:

где F - заданная вероятность ошибочной селекции помехового сигнала - вероятность ложной тревоги в отсутствие сигналов целей, и при превышении отношением правдоподобия вторичного порога, принимают решение о том, что сигнал отражен целью, в противном случае - что сигнал сформирован постановщиком помех.