Синтез сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции и методы их обработки в РЛС с квазинепрерывным режимом работы

Развитие современных радиолокационных систем неразрывно связано с применением сложно-модулированных зондирующих сигналов [1 — 4]. Применение сложных сигналов способствует повышению энергетического потенциала, помехоустойчивости, скрытности и электромагнитной совместимости радиолокационных систем, а также позволяет достичь выссэких показателей разрешающей способности по информативным параметрам полезных сигналов [4 — 17]. Отмеченные характеристики улучшаются с увеличением базы сложных зондирующих сигналов.

Когда возможности расширения спектра сигнала ограничены, то увеличение базы сигнала возможно лишь за счёт увеличения его длительности. Однако, при длительностях зондирующих сигналов значительно превышающих время распространения до цели и обратно, возникают проблемы, связанные с их излучением и приёмом на одну антенну [4, 7, 11, 17, 18, 19]. На решение этих проблем были ориентированы исследования, проводимые в ЛЭТИ на кафедре «Радиооборудование кораблей» под научным руководством профессора В. И. Винокурова. Им внесен существенный вклад в развитие теории и практики построения корабельных РЛС с квазинепрерывным режимом излучения и приёма сложных зондирующих сигналов большой длительности [20, 21]. Значимые научные и практические результаты по исследованию методов обработки квазинепрерывных сигналов с большой базой были получены учёными кафедры «Радиооборудование кораблей» В. И. Щербаком, С. П. Калениченко, В. Н. Поповым, М. А. Ниловым и многими другими.

Важные научно-практические результаты по исследованию квазинепрерывного режима работы РЛС были получены сотрудниками отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Морская радиолокация» Новгородского политехнического института под научным руководством В. Е. Гантмахера. Теоретические и экспериментальные исследования квазинепрерывного режима излучения и обработки сложных сигналов проводились в тесном контакте с коллективом кафедры «Радиооборудование кораблей» ЛЭТИ.

На начальном этапе построения корабельных РЛС, зондирующий квазинепрерывный сигнал большой длительности излучался отдельными фазоманипулированными импульсами, период повторения которых был согласован с максимальной задержкой обрабатываемых сигналов. Фазовая манипуляция импульсов и большая длительность когерентно обрабатываемого квазинепрерывного сигнала обеспечивали высокие разрешающие свойства сигнала по задержке и частоте [20, 21, 22, 23].

Теоретические исследования и проводимые натурные эксперименты позволили выявить и основные недостатки такого вида квазинепрерывных сигналов. Достаточно большой период повторения импульсов ограничивает полосу однозначного измерения параметров полезных сигналов по скорости. Сильно проявляется эффект подавления слабых сигналов мощными мешающими отражениями в приёмном тракте с недостаточным динамическим диапазоном. Вследствие этого возникают проблемы обнаружения объектов в ближней зоне [23, 24, 25, 26].

Для устранения указанных недостатков сотрудниками этих коллективов был исследован квазинепрерывный режим излучения и приема фазоманипулированных сигналов большой длительности с псевдослучайной структурой амплитудной манипуляции [27, 28, 29]. Псевдослучайный закон амплитудно-фазовой манипуляции и низкий пик-фактор квазинепрерывных сигналов позволил получить новые качества когерентных РЛС. Основные технические решения квазинепрерывного режима работы РЛС защищены авторскими свидетельствами [30, 31, 32].

Малая длительность излучаемых фазоманипулированных посылок позволила преодолеть проблемы обнаружения эхо-сигналов в ближней зоне, а псевдослучайный характер их излучения — исключить «слепые» элементы дистанции. Большая длительность квазинепрерывных сигналов и псевдослучайный характер амплитудной манипуляции с низким значением пик-фактора способствовали повышению эффективности доплеровской селекции движущихся целей. При длительностях квазинепрерывных сигналов 7- = 10.50 мсек. с шириной спектра AF = 10.20 МГц их база достигает значений В = 105.106.

Детальный обзор принципов построения квазинепрерывных сигналов с большой базой и методов их обработки изложен в монографии «Морская радиолокация» под редакцией проф. В. И. Винокурова [33].

К сожалению, потенциальная чувствительность приемника квазинепрерывных PJIC в реальной обстановке ограничена воздействием мешающих отражений, которые создают в корреляционных каналах обработки помехи по боковым лепесткам взаимной функции неопределенности (ВФН) сигнала, которые ухудшают характеристики обнаружения и разрешения сигналов. Анализ спектрально-корреляционных свойств квазинепрерывных сигналов произведен в работах [27, 28, 29, 34, 35]. Однако приведённые результаты не дают полной характеристики взаимных функции неопределенности сигналов при квазинепрерывном режиме их излучения и приёма. Требуется детальный анализ свойств и характеристик ВФН в дальномерных каналах обработки в зависимости от параметров квазинепрерывных сигналов.

Повышение помехоустойчивости при воздействии пассивных отражений неразрывно связано с синтезом амплитудно-фазоманипулированных сигналов с минимальным уровнем боковых лепестков ВФН. Общие проблемы синтеза глобально оптимальных дискретных фазоманипулированных сигналов по классическим методам общеизвестны и связаны с задачей целочисленной оптимизации целевой функции [36−42].

Проблема синтеза квазинепрерывных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции усугубляется зависимостью структуры обрабатываемых квазинепрерывных сигналов от их задержки. Последнее обстоятельство приводит к необходимости минимизации боковых лепестков.

ВФН во всех дальномерных каналах обработки и выполнению многомерной оптимизации квазинепрерывных сигналов, которая даже при достаточно малом числе дальномерных каналов практически не выполнима. В связи с этим очевидна актуальность исследований, связанных с поисками новых подходов к методам синтеза сигналов, позволяющих минимизировать уровень боковых лепестков ВФН в ограниченном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты.

Повышение помехоустойчивости PJIC за счёт увеличения базы квазинепрерывных сигналов приводит к проблемам технической реализации устройств обработки сигналов в широком дальностно-доплеровском диапазоне [7, 20, 33, 43, 44]. В практических случаях, когда разрешение по дальности составляет единицы метров, а разрешение по частоте — десятки герц, число корреляционных каналов обработки превышает несколько миллионов [45, 46, 47, 48]. Поэтому требования минимизации аппаратных затрат на реализацию устройств многоканальной обработки сигналов в реальном времени приводят к необходимости поиска эффективных квазисогласованных методов обработки квазинепрерывных сигналов с большой базой в заданном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты.

Одной из наиболее трудных и часто встречающих проблем в радиолокации является задача выделения полезных сигналов на фоне пассивных отражений, превышающих динамический диапазон приемного тракта. В этом случае применяют методы ограничения амплитуды сигналов во входной смеси обрабатываемых сигналов или временную режекцию мешающих отражений [4, 7, 11, 24, 33]. В силу этого актуальной задачей является исследование методов временной режекции мешающих отражений при квазинепрерывном режиме излучения и приема фазоманипулированных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции.

Таким образом, исследования по теме диссертации направлены на оптимизацию сигналов и методов их обработки, повышающих тактико-технические характеристики квазинепрерывных PJIC. Актуальность работы обоснована, во-первых, незавершенностью существующих теоретических исследований, касающихся методов построения или синтеза зондирующих квазинепрерывных сигналов и, во-вторых, практической необходимостью обеспечения высокой помехоустойчивости PJIC, использующих квазинепрерывные сложные сигналы малой скважности, в условиях мощных мешающих отражений.

Целью диссертационной работы является изыскание эффективных методов синтеза и обработки фазоманипулированных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции, направленных на повышение помехоустойчивости квазинепрерывных PJIC при воздействии мешающих отражений.

Поставленная цель предполагает решение следующих задач:

1. Исследование энергетических показателей и характеристик ВФН сигналов большой длительности с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции при квазинепрерывном режиме их излучения и приема.

2. Изыскание методов синтеза амплитудно-фазоманипулированных сигналов с большой базой, ориентированных на минимизацию боковых лепестков ФН в заданной области задержек и доплеровских сдвигов частоты.

3. Поиск квазисогласованных методов обработки квазинепрерывных сигналов в ограниченном диапазоне доплеровских сдвигов частоты, позволяющих снизить аппаратные затраты на их реализацию.

4. Исследование эффективности временной режекции мешающих отражений при квазинепрерывном режиме излучения сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции.

5. Анализ принципов построения и технической реализации устройств формирования и обработки квазинепрерывных сигналов с большой базой.

Объектом исследований являются радиолокационные системы со сложными квазинепрерывными сигналами с псевдослучайным законом амплитудной и фазовой манипуляции.

Предметом исследований являются три направления: анализ, синтез и обработка сложных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной и фазовой манипуляции при квазинепрерывном режиме их излучения и приема.

Методы исследований. Достижение поставленной цели и решение перечисленных задач основано на использовании теории анализа дискретных сигналов и математического синтеза сложных фазоманипулированных сигналов, а также общей теории обнаружения и разрешения сигналов.

Проверка полученных теоретических результатов осуществлялась методами имитационного моделирования и экспериментального исследования на испытательных стендах и натурных испытаний опытных образцов устройств формирования и обработки сигналов.

Основные научно-теоретические результаты, полученные в работе и выдвигаемые на защиту, состоят в том, что:

1. Сформулированы энергетические показатели квазинепрерывного режима излучения и приема сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции. Получены среднеквадратические оценки боковых лепестков ВФН сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции при квазинепрерывном режиме их излучения и приема. Установлена взаимосвязь качественных показателей помехоустойчивости со среднестатистическими характеристиками ВФН квазинепрерывных сигналов и исследованы энергетические потери на обработку в зависимости от параметров квазинепрерывных сигналов.

2. Предложены методы синтеза амплитудно-фазоманипулированных сигналов по критерию минимума боковых лепестков ФН в ограниченной области частотно-временной плоскости. Методы синтеза сигналов не накладывают принципиальных ограничений на форму области оптимизации по задержке и частоте, в то же время площадь области оптимизации определяет предел подавления боковых лепестков ФН. Анализ процедур синтеза сигналов при согласованной обработке показал, что для области оптимизации 0,01 <а< 0.1 глубина подавления боковых лепестков ФН составляет 10.20 дБ в зависимости от пик-фактора сигнала. При квазинепрерывной обработке эффективность подавления боковых лепестков ФН значительно ниже и при области оптимизации 0,01 < а < 0.1 составляет 3−6 дБ.

3. Найдены методы синтеза фазоманипулированных квазинепрерывных сигналов, обеспечивающие минимизацию помех по боковым лепесткам ВФН в корреляционных каналах обработки при воздействии сосредоточенных мешающих отражений и исследована эффективность подавления помех с неизвестными и известными фазовыми сдвигами в зависимости от области неопределенности обнаружения сигналов. Процедура синтеза при воздействии мешающих сигналов с неизвестными фазами позволяет при области неопределённости обнаружения сигналов G < 0.03 снизить мощность помех на 15−7 дБ. Процедура синтеза сигналов при воздействии мешающих отражений с известными фазовыми сдвигами оказывается более эффективной. При области неопределённости обнаружения сигналов G < 0.01 процедура оптимизации позволяет снизить мощность помех при воздействии не более 16-ти мешающих отражений на 9−15 дБ.

4. Исследованы методы синтеза двоичных последовательностей, задающих закон амплитудной манипуляции квазинепрерывных сигналов. Показано, что, задавая необходимые параметры синтеза, можно при достаточно малых значениях пик-фактора минимизировать энергетические потери при приеме квазинепрерывных сигналов в удалённых дальномерных каналах обработки. Синтезированные последовательности по своим показателям весьма близки к оптимальным двоичным последовательностям.

5. Предложены квазисогласованные методы корреляционно-фильтровой обработки квазинепрерывных сигналов в анализируемой доплеровской полосе, основанные на процедурах сжатия сегментов сигнала и их доплеровской фильтрации. Показано, что применение процедур нормировки и интерполяции при сжатии сегментов квазинепрерывного сигнала совместно с весовой обработкой, позволяют значительно повысить эффективность доплеровской селекции целей. Предлагаемые методы характеризуются малыми потерями в отношении сигнал/шум.

6. Предложен параллельно-приоритетный метод обзора дистанции, позволяющий сократить аппаратные затрат на реализацию корреляционно-фильтровых устройств обработки квазинепрерывных сигналов. Исследованы методы построения сигналов, позволяющие минимизировать энергетические потери при приоритетной обработке.

7. Изложены методы временной режекции мешающих отражений при квазинепрерывном режиме излучения и приёма фазоманипулированных сигналов с псевдослучайной структурой амплитудной манипуляции. При оптимальной зоне режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности достигается повышение отношения сигнал/помеха на 20−37 дБ в зависимости от параметров квазинепрерывного сигнала. Показано, что оптимизация пик-фактора квазинепрерывных сигналов в зависимости от количества сосредоточенных мешающих сигналов приводит к повышению эффективности подавления взаимных помех на 6−10 дБ. Произведена оценка энергетических потерь принимаемых полезных сигналов при режекции мешающих отражений в зависимости от параметров квазинепрерывного сигнала.

Основные научно-технические результаты, полученные в работе, позволили:

1. Установить энергетические потери при квазинепрерывном режиме излучения и приема сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции в зависимости от параметров сигналов коммутации приемно-передающего тракта.

2. Получить выражения, характеризующие среднеквадратический уровень боковых лепестков ВФН квазинепрерывных сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции.

3. Повысить помехоустойчивость квазинепрерывных PJIC при воздействии помех от подстилающей поверхности и сосредоточенных мешающих отражений за счет синтеза сигналов, обеспечивающих минимизацию боковых лепестков ВФН в заданном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты.

4. Достигнуть при квазинепрерывном режиме излучения и приема сигналов с псевдослучайной структурой амплитудной манипуляции предельно высокую доплеровскую селекцию целей, характерную для непрерывных сигналов.

5. Снизить аппаратные затраты на реализацию устройств многоканальной обработки за счет сегментной корреляционно-фильтровой обработки квазинепрерывных сигналов большой длительности.

6. Разработать программно-аппаратные модули устройств формирования и обработки сигналов, которые позволяют в реальном масштабе времени реализовывать сложные алгоритмы формирования и обработки квазинепрерывных сигналов, позволяющие достигнуть потенциальных характеристик когерентных устройств обработки сигналов.

7. Получить опытное подтверждение целесообразности применения режекции помех в ближней зоне принимаемых сигналов для повышения помехоустойчивости PJIC со сложными квазинепрерывными сигналами.

Научно-технические результаты диссертационной работы используются в разработках устройств формирования и обработки сигналов, которые внедрены в промышленные изделия:

• Радиолокационный комплекс «Прут», разработанный НИПКТИ «Радар».

• Радиолокационный комплекс «Гарпун-Бал», разработанный ФГУП ЦНИИ «Гранит» по заказу ЗЦ-25Э.

• Разработанные УФОС-71 используются в изделиях МРКП-63 для АЛЛ класса «Борей», Р-43 в разработках «Ясень», а также в изделии 5П-20К-А для комплекса «Монумент».

• Разработанные устройства УФОС-85 входят в состав изделий «МРК-50» и «МРК-66» проекта «Кодак», разрабатываемых ФГУП «Равенство» и ФГУП ЦНИИ «Гранит», соответственно.

• Устройства УФОС-81 и УФОС-85 используются в опытно-конструкторских разработках РЛС ЗАО «Транзас», г. Санкт Петербург.

Новизна предложенных принципов построения устройств формирования и обработки квазинепрерывных сигналов большой длительности подтверждена патентами на полезную модель RU № 34 757 U1, МПК 7 G01S 7/28, 2003 г. и RU№ 44 833 U1, МПК7 G01S 7/28, 2005 г.

Обоснованность и достоверность научных положений и практических результатов, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждены теоретическими доказательствами и результатами экспериментальных исследований устройств формирования и обработки сигналов в составе опытных образцов РЛС.

Диссертационная работа содержит восемь глав.

В главе 1 анализируются основные показатели энергетической функции приёма квазинепрерывных сигналов с псевдослучайной структурой амплитудной манипуляции. Показывается взаимосвязь характеристик ВФН сигналов с показателями энергетической функции приёма сигналов. Определяются среднеквадратические значения боковых лепестков ВФН сигналов при квазинепрерывном режиме приема. Устанавливаются особенности рельефа ВФН составных квазинепрерывных сигналов. На основании статистических оценок боковых лепестков ВФН выполняется анализ потерь в помехоустойчивости при квазинепрерывной обработке сигналов по сравнению с согласованной обработкой.

В главе 2 исследуются методы синтеза амплитудно-фазоманипулированных сигналов с большой базой по критерию минимума частичного объёма ФН в ограниченном дальностно-доплеровском диапазоне. Предлагаемые методы синтеза не накладывают, каких либо ограничений на размер области оптимизации сигнала по задержке и частоте. Показано, что при согласованной обработке уровень подавления боковых лепестков зависит от размера области оптимизации и базы (длины) синтезируемого сигнала. Анализируется эффективность методов синтеза при квазинепрерывном режиме излучения и приема сигналов.

В главе 3 излагаются методы синтеза квазинепрерывных фазоманипулированных сигналов, обеспечивающие при воздействии сосредоточенных мешающих отражений минимизацию помех по боковым лепесткам ВФН в корреляционных каналах обработки в заданном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты. Сопоставляется эффективность синтеза сигналов при воздействии сосредоточенных мешающих отражений с неизвестными и известными фазовыми сдвигами в зависимости от области неопределенности обнаружения сигналов.

В главе 4 анализируется метод синтеза двоичных последовательностей, задающих закон амплитудной манипуляции квазинепрерывных сигналов. В основе метод синтеза лежит критерий минимизации среднеквадратического отклонения боковых лепестков корреляционной функции от заданного значения в требуемом диапазоне задержек. Исследуются спектрально-корреляционные характеристики двоичных последовательностей, и показывается, что их показатели весьма близки к оптимальным двоичным последовательностям.

В главе 5 предлагаются квазисогласованные корреляционно-фильтровые методы обработки сложных сигналов большой длительности в ограниченном дальностно-доплеровском диапазоне, содержащие процедуры сжатия сегментов сигнала и их спектральной обработки. Определяются потери в отношении сигнал-шум. Исследуются пути повышения эффективности доплеровской селекции квазинепрерывных сигналов, основанные на процедурах нормировки сжатых сегментов сигнала и интерполяции. Исследуется метод приоритетной обработки сигналов в PJIC с квазинепрерывным режимом работы.

В главе 6 исследуются методы временной режекции мешающих отражений при псевдослучайной структуре зондирующего сигнала. Производится оценка энергетических потерь принимаемых полезных сигналов в зависимости от протяженности зоны режекции мешающих отражений и параметров квазинепрерывного сигнала. Устанавливается величина зоны режекции отражений от подстилающей поверхности, при которой достигается максимум в отношении сигнал/(помеха+шум). Предлагается адаптивный алгоритм временной режекции сосредоточенных мешающих отражений и исследуется его эффективность при различных параметрах квазинепрерывного сигнала в зависимости от числа мешающих отражений.

В главе 7 излагаются общие принципы программно-аппаратной реализации корреляционно-фильтровых устройств обработки квазинепрерывных сигналов с большой базой. Дается краткий, анализ эффективности применения современной элементной базы при построении устройств обработки. Завершают главу примеры практической реализации устройства обработки сигналов в PJIC с квазинепрерывным режимом работы. В главе 8 анализируются результаты натурных испытаний корабельных.

PJIC, и исследуется эффективность повышения помехоустойчивости PJIC со сложными квазинепрерывными сигналами при введении режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности в ближней зоне.

В заключении обобщаются итоговые результаты, полученные в диссертационной работе. Излагаются выносимые на защиту главные научные положения. Указывается их новизна, теоретическая значимость и практическая ценность.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 8.

1. Основные теоретические положения и частные расчетные оценки помех по боковым лепесткам функции неопределенности при сегментной корреляционно-фильтровой обработки фазоманипулированных квазинепрерывных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции подтверждены экспериментальными исследованиями.

2. Показано, что техническая реализация УФОС, выбранные виды сигналов и алгоритмы их обработки позволяют достичь потенциальных характеристик когерентных устройств обработки сигналов.

3. Натурные испытания опытного образца корабельной РЛС подтвердили перспективность применения квазинепрерывного режима излучения и приема фазоманипулированных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции, показали высокую эффективность реализованных в УФОС алгоритмов обработки сигналов, которые обеспечивают высокую достоверность обнаружения целей и качество селекции неподвижных объектов в сложной помеховой обстановке.

4. Преимуществом предлагаемых сложных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции является достижение высокого качества обнаружения без вариаций структуры зондирующего сигнала и алгоритмов их обработки в пределах заданного диапазона дальностей и доплеровских сдвигов частоты.

5. Высокую помехоустойчивость при воздействии пассивных помех во многих случаях невозможно реализовать без режекции мешающих отражений. Получено опытное подтверждение целесообразности применения режекции помех в ближней зоне принимаемых сигналов для повышения помехоустойчивости РЛС со сложными квазинепрерывными сигналами. Мощность помех в дальномерных каналах обработки может быть снижена на 30−40 дБ в зависимости от условий конкретных радиолокационных задач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе рассмотрены методы синтеза и обработки фазоманипулированных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции направленные на повышение помехоустойчивости радиолокационных систем при воздействии мешающих отражений.

К основным научным и практическим результатам, полученным в ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, отнесено следующее:

1.Ha основе математической модели обработки сигналов при квазинепрерывном режиме их излучения и приема получены выражения, характеризующие энергетическую функцию приема эхо-сигналов, а также свойства ВФН в зависимости от параметров квазинепрерывных фазоманипулированных сигналов. Установлена взаимосвязь среднеквадратических показателей ВФН квазинепрерывных сигналов с характеристиками энергетической функции приема эхо-сигналов. Определены нижние границы боковых лепестков ВФН как в отдельных ее сечениях, так и плоскости «задержка-частота» при квазинепрерывной обработке сигналов. Показано, что они выше классических оценок при согласованной обработке и определяются коэффициентом приема сигналов в дальномерных каналах обработки. Показано, что псевдослучайный закон амплитудной манипуляции квазинепрерывных сигналов обеспечивает однозначное измерение дальности и скорости объектов в большом диапазоне задержек и в широкой доплеровской полосе частот с высоким разрешением. Относительно малые потери в помехоустойчивости свидетельствуют об эффективности применения фазоманипулированных сигналов с псевдослучайной амплитудной манипуляцией при квазинепрерывном режиме их излучения и приёма.

2. Предложены методы синтеза амплитудно-фазоманипулированных сигналов с большой базой, позволяющие минимизировать боковые лепестки.

ФН в заданном диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты. Предлагаемые методы синтеза сигналов не накладывают принципиальных ограничений на размеры области оптимизации по задержке и частоте. Показано, что только размер области оптимизации определяет предел снижения боковых лепестков ФН синтезированных сигналов. Для области оптимизации 0,01 < а <0.1 глубина подавления боковых лепестков ФН при согласованной обработке в зависимости от пик-фактора составляет 10.20 дБ. При квазинепрерывной обработке эффективность подавления боковых лепестков ФН значительно ниже и при области оптимизации 0,01 < а <0.1 составляет 3−6 дБ. При достаточно больших размерах области оптимизации, а > 10 выигрыш составляет менее 2 дБ.

3. Исследованы методы синтеза квазинепрерывных фазоманипулированных сигналов при воздействии сосредоточенных мешающих отражений с произвольными частотно-временными сдвигами: с неизвестными и известными фазовыми сдвигами. Показано, что при воздействии мешающих отражений с неизвестными фазами глубина подавления помех в корреляционных каналах обработки зависит как от размера области неопределённости обнаружения сигналов, так и от количества мешающих отражений. Для площади оптимизации G< 0.03 достигается снижение мощности помех на 15−7 дБ при числе мешающих отражений не более 4−6. При большой области неопределённости глубина подавления помех не превосходит 3 дБ. При воздействии мешающих сигналов с известными фазами глубина подавления помех определяется размером области неопределённости обнаружения сигналов и практически не зависит от количества мешающих воздействий, сопоставимого с пик-фактором квазинепрерывных сигналов. Для площади оптимизации менее G<0.01 достигается снижение мощности мешающих отражений на 9−15 дБ при воздействии не более 16-ти сосредоточенных помех. Распределения мешающих отражений относительно области оптимизации сигналов не влияет на глубину подавления помех.

4. Предложены методы синтеза двоичных последовательностей, задающие закон амплитудной манипуляции квазинепрерывных сигналов. Анализ результатов показывает, что они по своим показателям весьма близки к оптимальным двоичным последовательностям, однако свободны от свойственных им жёстких ограничений на длину и пик-фактор. Показано, что, задавая необходимые параметры синтеза кодовой последовательности, можно при достаточно малых значениях пик-фактора минимизировать энергетические потери в удалённых дальномерных каналах обработки.

5. Предложен ряд модификаций классической корреляционно-фильтровой обработки квазинепрерывных сигналов большой длительности, позволяющих ценой незначительных энергетических потерь существенно снизить аппаратные затраты на техническую реализацию устройств обработки сигналов в ограниченном диапазоне задержек и доплеровских частот. Исследована и подтверждена эффективность применения сегментной корреляционно-фильтровой обработки квазинепрерывных сигналов. Показано, что при сегментной обработке сигналов наблюдается зависимость энергетических и среднеквадратических характеристик ВФН сигналов как от номера дальномерного, так и от номера частотного каналов обработки. В дальномерных каналах, настроенных на максимальную доплеровскую частоту, среднеквадратический уровень боковых лепестков ВФН возрастает на 4 дБ. Предложены и исследованы модифицированные методы сегментной обработки квазинепрерывных сигналов с применением процедур нормировки и интерполяции. Применение указанных процедур приводит к потерям в отношении сигнал/шум от 0.8 до 2.3 дБ в зависимости от пик-фактора квазинепрерывного сигнала, но позволяют достигнуть предельно высокую доплеровскую селекцию, характерную для непрерывных сигналов.

6. Исследована и подтверждена эффективность применения приоритетной обработки квазинепрерывных сигналов. Установлена зависимость величины энергетических потерь от параметров сигналов коммутации. Предложен метод формирования сигнала, исключающий потери при приоритетной обработке сигналов.

7. Произведен анализ эффективности временной режекции мешающих отражений для РЛС с квазинепрерывным режимом излучения и приёма фазоманипулированных сигналов с псевдослучайной структурой амплитудной манипуляции. Получена оценка энергетических потерь принимаемых полезных сигналов в зависимости от пик-фактора квазинепрерывного сигнала. Показано, что при режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности существует оптимальная зона режекции, при которой достигается максимум в отношении сигнал/(помеха+шум). При оптимальной зоне режекции мешающих отражений от подстилающей поверхности достигается повышение отношения сигнал/помеха на 20−37 дБ в зависимости от параметров квазинепрерывного сигнала. Получено простое выражение для выбора оптимального пик-фактора квазинепрерывного сигнала в зависимости от количества режектируемых колец дальности.

Предложен и исследован алгоритм режекции взаимных помех на основе текущих оценок их задержек при сегментной корреляционно-фильтровой обработке. Показано, что для повышения эффективности временной режекции сосредоточенных мешающих отражений целесообразно применять некогерентное накопление сжимаемых сегментов сигнала, которое повышает подавление помех на 6−9 дБ в случае воздействия 9-ти мешающих сигналов. Установлено, что оптимизация пик-фактора квазинепрерывных сигналов в зависимости от количества сосредоточенных мешающих сигналов приводит к повышению эффективности подавления взаимных помех более чем на 6−10 дБ.

8. Изложены принципы программно-аппаратной реализации корреляционно-фильтровых устройств обработки квазинепрерывных сигналов большой длительности. Показана целесообразность реализации многоканальных устройств обработки сигналов по методу построения параллельных вычислительных систем на основе автономных кластеров обработки. Разработаны и изготовлены модули УФОС, которые позволяют в реальном масштабе времени производить обработку квазинепрерывных сигналов с базами? = 105 -106 с общим числом корреляционных каналов обработки К = 512×256. Разработанные устройства УФОС широко используются в промышленных радиолокационных комплексах различного назначения.

9. Проведены натурные испытания устройств формирования и обработки квазинепрерывных сигналов в составе опытного образца корабельной PJIC. Результаты испытаний показали, что реализованные в УФОС алгоритмы обработки сигналов, обеспечивают повышение достоверности обнаружения целей при воздействии мешающих отражений и высокую эффективность доплеровской селекции движущихся объектов. Получено опытное подтверждение целесообразности применения режекции помех в ближней зоне принимаемых сигналов для повышения помехоустойчивости PJIC со сложными квазинепрерывными сигналами. Мощность помех в дальномерных каналах обработки может быть снижена на 30−40 дБ в зависимости от условий конкретных радиолокационных задач.

10. Основные теоретические положения и частные расчетные оценки помех по боковым лепесткам функции неопределенности при сегментной корреляционно-фильтровой обработке фазоманипулированных квазинепрерывных сигналов с псевдослучайным законом амплитудной манипуляции подтверждены экспериментальными исследованиями.

Главный результат диссертационной работы заключается в высокой эффективности и перспективности применения методов синтеза и обработки квазинепрерывных сигналов с псевдослучайным законом амплитудно-фазовой манипуляции на фоне помех различного происхождения. Обеспечивается снижение отрицательного влияния БЛ ФН сигналов на помехоустойчивость РЛС.