Результат интеллектуальной деятельности: Способ подавления боковых лепестков ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным системам, использующим линейно-частотно-модулированные сигналы, и предназначено для подавления боковых лепестков сжатого ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра.

Известен «Способ подавления боковых лепестков автокорреляционной функции широкополосного сигнала» [RU 2335782, опубликовано 10.10.2008, МПК G01S 7/36], включающий излучение импульсных фазокодоманипулированных сигналов с изменением кода фазовой манипуляции от периода к периоду повторения зондирующих импульсов, прием отраженных сигналов и их обработку, причем в каждом периоде зондирования излучают один из двух согласованных друг с другом фазокодоманипулированных сигналов, у которых амплитуды боковых лепестков автокорреляционных функций равны по модулю, но имеют противоположные знаки, а основные пики автокорреляционных функций равны. При приеме отраженных сигналов производят их сжатие отдельно для каждого периода повторения зондирующих импульсов, суммируют результаты сжатия отраженных сигналов с задержкой первого результата относительно второго на период зондирования в соответствии с временным положением согласованных друг с другом фазокодоманипулированных сигналов.

Недостатком указанного способа является использование жестко заданного набора согласованных друг с другом фазокодоманипулированных сигналов, используемых при излучении, не позволяющее применять ЛЧМ-сигналы.

Известен «Способ подавления боковых лепестков автокорреляционных функций шумоподобных сигналов» [RU 2549163, опубликовано 20.04.2015, МПК Н03Н 17/06], в котором осуществляют согласованную фильтрацию соответствующего сигнала и формируют его автокорреляционную функцию (АКФ), представляющую собой выходной сигнал согласованного фильтра. Далее реализуют итерационную процедуру, заключающуюся в том, что на первом итерационном шаге по исходной АКФ определяют моменты времени и амплитуды наиболее интенсивных ее боковых лепестков, на основе чего формируют соответствующую временную весовую функцию, на которую умножают исходную АКФ и вычисляют частотный спектр полученного сигнала (взвешенной АКФ), который затем делят на квадрат модуля частотного спектра входного сигнала. По полученной частотной характеристике, ограниченной исходной полосой частот, синтезируют соответствующий корректирующий фильтр, который соединяют последовательно с исходным согласованным фильтром. Если при этом амплитуды отдельных боковых лепестков превысят заданный уровень, то осуществляют следующий итерационный шаг в соответствии с описанными операциями, результатом которого является синтез нового физически реализуемого корректирующего фильтра, при этом в качестве АКФ, подлежащей взвешиванию, используют выходной сигнал на предыдущем итерационном шаге.

Недостатком указанного способа является сложность его реализации и неопределенное время осуществления способа, связанное с неопределенным количеством итераций.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки радиолокационного сигнала, описанный в описании полезной модели «Бортовая радиолокационная станция» [RU 152358, опубликовано 27.05.2015, МПК G01S 13/00]. Бортовая радиолокационная станция содержит антенну, приемник, передатчик, задающий генератор, сигнальный процессор, синхронизатор, управляющий процессор, блок управления и синхронизации и блок разделения и обработки. Бортовая радиолокационная станция реализует способ межпериодного расширения спектра сигнала, заключающийся в формировании серии из n узкополосных импульсов с шириной спектра Δƒ_C на разных несущих частотах ƒ₀, ƒ₁…ƒ_n-1, несущая частота меняется на величину, кратную шагу Δƒ между импульсами, излучении последовательности импульсов, приеме отраженных импульсов, синтезе суммарного широкополосного спектра сигнала шириной Δƒ_c∑=nΔƒ_c, обработке суммарного сигнала, включающей сжатие сигнала по дальности, формировании радиолокационного изображения.

Недостатком указанного способа является высокий уровень боковых лепестков принятого многочастотного сигнала, возникающий при сжатии сигнала и приводящий к снижению динамического диапазона радиолокационного изображения.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение динамического диапазона радиолокационного изображения (РЛИ), формируемого радиолокационной станцией.

Техническим результатом является снижение уровня боковых лепестков сжатого ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в формировании сигнала в виде последовательности из М ЛЧМ-импульсов с изменяющейся несущей частотой, где М - целое число, большее либо равное единице, излучении сигнала, приеме отраженного сигнала, осуществлении сжатия принятого сигнала путем свертки с опорным сигналом.

Новым является то, что несущая частота ЛЧМ-импульсов изменяется от импульса к импульсу с перекрытием спектров отдельных ЛЧМ-импульсов, а перед сжатием принятого сигнала формируют опорный сигнал посредством весового взвешивания каждого из М ЛЧМ-импульсов последовательности первой оконной функцией с плоской центральной частью и плавными фронтами на краях, причем относительная ширина фронтов выбирается равной относительному перекрытию спектров соседних ЛЧМ-импульсов последовательности по частоте, и последующей обработке последовательности из М ЛЧМ-импульсов второй оконной функцией высокого разрешения, разделенной на М равных по длительности частей, с относительным перекрытием, равным относительному перекрытию ЛЧМ-импульсов по частоте, причем длительность каждой из М частей второй оконной функции соответствует длительности каждого из М ЛЧМ-импульсов, путем весового взвешивания каждого из М ЛЧМ-импульсов соответствующей из М частью второй оконной функции.

На Фиг. 1 представлен график ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра при М=4 (4 импульса) в координатах «время-частота».

На Фиг. 2 представлена характерная осциллограмма ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра при М=4 (4 импульса) в координатах «время-амплитуда».

На Фиг. 3 представлена схема формирования опорной функции посредством весовых окон W₁ и W₂.

На Фиг. 4 представлены результаты сжатия последовательности из 4-х ЛЧМ-импульсов с межпериодным расширением спектра по методике прототипа а), б) и по заявляемой методике в), г).

Способ подавления боковых лепестков ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра осуществляется следующим образом.

ЛЧМ-сигнал с межпериодным расширением спектра описывается математическим выражением

,

где Т_р - период повторения импульсов, М - их количество, a s_m(t) - функция, описывающая одиночный ЛЧМ-импульс на m-й несущей частоте:

,

где ƒ₀ - начальная (нижняя) частота в сигнале, Δƒ - сдвиг между несущими частотами ЛЧМ-импульсов, τ_p и Δƒ_p - соответственно длительность и девиация ЛЧМ-импульса, П(t) - его прямоугольная огибающая,

Перекрытие импульсов по частоте (Δƒ_p-Δƒ) выбирается в диапазоне от 0% до 50% девиации Δƒ_p, исходя из требований к уровню боковых лепестков и базы Δƒ_p⋅τ_р ЛЧМ-импульсов: чем ниже требуемый уровень боковых лепестков и чем меньше база, тем больше должно быть перекрытие импульсов по частоте. График такого сигнала при М=4 (4 импульса) в координатах «время-частота» схематически показан на Фиг. 1, а его характерный вид - на Фиг. 2.

Сформированную последовательность ЛЧМ-импульсов излучают радиолокационной станцией, а затем принимают отраженный сигнал.

Для сжатия принятого сигнала формируют опорный сигнал, с которым будет осуществляться свертка. Для этого каждый ЛЧМ-импульс исходной последовательности s(t) последовательно взвешивают оконной функцией W₁ и соответствующей частью окна W₂.

Весовое окно W₁ имеет плоскую центральную часть и плавные фронты на краях, где его значения падают до нуля. Относительная ширина фронта при этом выбирается равной относительному перекрытию импульсов по частоте (Δƒ_p-Δƒ)/Δƒ_p. В качестве примера окна W₁ можно привести следующую функцию, заданную на единичном интервале x ∈ (0; 1):

,

где Ф(⋅) - функция ошибок.

Оконная функция W₂ состоит из М частей, при этом каждая часть окна представляет собой фрагмент амплитудного взвешивающего окна высокого разрешения (напр., Хемминга, Хана, Блэкмана).

Фрагменты весового окна W₂ формируются следующим образом: окно W₂ «разрезается» на М равных частей, и границы фрагмента при взвешивании m-го импульса выбираются так, чтобы центральная часть импульса относительной ширины Δƒ/Δƒ_p была взвешена m-й частью окна W₂. Схема формирования опорной функции посредством весовых окон W₁ и W₂ проиллюстрирована на Фиг. 3.

После взвешивания исходного ЛЧМ-сигнала s(t) оконными функциями W₁ и W₂ осуществляют сжатие принятого сигнала путем свертки полученного опорного сигнала с принятым ЛЧМ-сигналом.

На Фиг. 4 а), б) показан (в разных масштабах по горизонтальной оси) результат сжатия ЛЧМ-сигнала с межпериодным расширением спектра, состоящего из 4-х импульсов с базой 1000 без подавления боковых лепестков, а на Фиг. 4 в) и г) - аналогичный результат при использовании заявленного способа подавления при 10%-ном перекрытии спектров ЛЧМ-импульсов по частоте. На Фиг. 4 показано снижение уровня ближних боковых лепестков на 15-20 дБ за счет применения заявляемого способа. Это позволяет обнаруживать цели со слабым отраженным сигналом, который находился ниже уровня боковых лепестков сигнала, отраженного от цели, расположенной в соседнем элементе разрешения. В результате существенно расширяется динамический диапазон РЛИ.

Таким образом, за счет формирования сигнала перекрытием спектров отдельных ЛЧМ-импульсов и формирования особым образом опорного сигнала достигается заданный технический результат.