CC BY
10
УДК 621.396.96
Д.М. Пиза, Б.Т. Солдатов, А.П. Залевский
ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
Проведен анализ эффективности применения автоматических поляризационных селекторов с учетом ограничения весовых коэффициентов. Показано, что в реальных условиях функционирования селектора существует область взаимных поляризационных базисов, при которых ослабление помех существенно ухудшается. Приведены результаты расчетов.
ВВЕДЕНИЕ
Адаптивные поляризационные фильтры, наряду с пространственными, используются для повышения помехозащищенности радиолокационных систем. Потенциальные возможности поляризационной селекции определяются степенью поляризации внешнего поля [1]
т = — ,
1 о
(1)
5е2 = М(Х^) = а20 + Ж2о2 + О2в +
+ 2 (^о^в (& Р + И±р±),
(2)
где О0 = М(X2), (0 = М(Х0) - дисперсия помехового сигнала в основном и вспомогательном каналах приема,
(х1 хо )
( х1 хо±)
соответственно; р = М-, р , = М- - ква-
1 /Т /Т 1 -I-
ОоОв
ОоО
ов
дратурные составляющие нормированного коэффициента корреляции помехового сигнала в каналах селектора.
где 10 , 1п - интенсивность поляризованного компонента и общая интенсивность поля.
Обычно, в качестве элемента адаптации поляризационных фильтров (см.рис.1) используют автокомпенсаторы помех [1], весовые коэффициенты которых могут вычисляться как по методу прямого счета, так и с использованием корреляционной обратной связи [2]. Однако, использование корреляционных связей между помеховыми сигналами в ортогональных по поляризации каналах, вместо степени поляризации т, накладывает более жесткие ограничения на качественные показатели поляризационных селекторов. Анализ этих ограничений и их количественная оценка выполнены в работе [3]. Дальнейшие исследования показали, что в реальных условиях функционирования на качественные показатели адаптивных поляризационных селекторов значительное влияние оказывает ограничение весовых коэффициентов автокомпенсатора. В связи с этим, анализ и количественная оценка эффективности адаптивных поляризационных селекторов с учетом ограничений весовых коэффициентов является актуальной задачей.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
При воздействии стационарной поляризованной помехи и установившемся значении квадратурных составляющих весового коэффициента Ж и РГ^ дисперсия суммарного помехового напряжения на выходе адаптивного фильтра, в соответствии с рис.1, может быть определена как
Рисунок 1 - Структурная схема адаптивного поляризационного фильтра
Выражение (2) достигает минимума при выполнении следующих условий:
5о-
2
5от
= 2 Жо0 + 2 рОо Ов = 0,
= 2 Ж±о0 + °р±Оо Ов =
(3)
Решение уравнения (3) дает следующие значения оптимальных весовых коэффициентов:
Ж = -р -
о
= -р±О0.
(4)
0
в
в
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУН1КАЦ11
Из уравнений (4) следует, что весовые коэффициенты поляризационного селектора в области сильнокоррелированных помеховых сигналов определяются отношением их среднеквадратических значений в каналах. Динамический диапазон изменения отношения мощностей помехи в каналах приема, в зависимости от степени рассогласования поляризационных базисов внешнего поля и поляризации приемной антенны, весьма большой. Таким же является требуемый динамический диапазон формируемых весовых коэффициентов. Так, в соответствии с (4), в случае попеременного нулевого приема по одному из ортов комплексного приемного базиса (максимально рассогласованный базис [4]) требуемые коэффициенты передачи вспомогательного канала составляют нуль и бесконечность. Однако, при практической реализации схем поляризационных селекторов, квадратурные составляющие комплексного коэффициента передачи вспомогательного канала достигают некоторой конечной величины р, т.е. всегда ограничены
Ж<р, Ж±<р± .
Можно показать, что при конечном значении модуля коэффициента усиления вспомогательного канала | Ж , выражение для коэффициента подавления помехи имеет вид
Кп = -10 1%
1 - 2| М\р1 2 £ +
Оо О о.
2 1
(7)
В случае, когда требуемые, исходя из условия компенсации, значения весовых коэффициентов Ж и не превышают уровень ограничения р , т.е. Ж<р , Ж^ <р^, (7) приводится к выражению (6). Действительно, если выполняются условия (4), то выражение (7) можно преобразовать к виду:
(5)
Ограничение весовых коэффициентов, в зависимости от конкретной реализации фильтра, обусловлено рядом причин. Так, например, при аналоговой реализации поляризационного фильтра диапазон ограничен нелинейностью умножающих схем, а при цифровой - разрядной сеткой вычислителя. Поэтому необходимо установить аналитическую связь между эффективностью работы поляризационного селектора и степенью ограничения его весовых коэффициентов.
Кп =-101% = -10 1%
1- 2
1Р1
.2п
2 Ов т 2 Ов
+ж2 — + (Ж2 +Ж,2) -4,
±О Х Оо2.,
о
"1 12 22ОвО< 1 - 2И Р 2 — + Р±— О а о 2 о 2 О
i • |2
2 О2
+(р2+ р: ) -2
= -10 1%(1 - 2|р| ).
С целью учета возможных ограничений представим модуль коэффициента передачи вспомогательного канала следующим образом:
i ж = 1р1
(8)
2 р
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
Дисперсия выходного напряжения о£ в линейном режиме работы поляризационного фильтра, в соответствии с выражением (2), является квадратичной функцией весовых коэффициентов. Следовательно, поверх-
2
ность, получаемая при вычерчивании зависимости О^
от весовых коэффициентов Ж и Ж^ , имеет выпуклую
2
форму [5]. Из выпуклости О^- (Ж, Ж^) следует, что решение уравнения (2) при конечных значениях коэффициента передачи вспомогательного канала является устойчивым, а коэффициент подавления поляризационного определяется выражением
• |2
Кп = 10 1 = -10 1%( 1 - |р| ) .
где —
отношение среднеквадратических значений
ор
помеховых сигналов приемных каналов, пересчитанное с учетом реально формируемого коэффициента передачи вспомогательного канала при ограничениях (5).
Уравнение (7), с учетом выражения (8), может быть записано:
Кп =-101% = -10 1%
1- 21р|2(°о1 Г-в
2
2
рЧОо Э
2
2\ -,
ОО
в р о д-
1 - 21Р | + |р| 24
'о у - ¡о-1
(9)
(6) где
действующее в каналах отношение средне-
Последнее непосредственно следует после подстановки значений весовых коэффициентов (4) в уравнение (2). Отношение дисперсии помехового сигнала, действующего в основном канале приема, оо к остаточной 2
дисперсии О^ , является одним из основных параметров селектора и характеризует эффективность его применения.
квадратических значений помехи, а параметр
То =
'в р
(10)
Полученное выражение (9) позволяет учитывать эффекты ограничения весовых коэффициентов через параметр уо . Причем, в линейном режиме работы селектора,
О
£
о
72
1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 2, 2003
когда = ' Y о =1 и выражение (9) совпадает
о Э
с известным выражением (6).
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ
По выражению (9) были выполнены расчеты коэффициента подавления Кп в зависимости от относительной интенсивности помех в каналах поляризационного селектора, которая, в свою очередь, определяется степенью рассогласования взаимного поляризационного базиса. Расчет выполнен для отношения помеха/ шум в приемных каналах равном 30, 40 и 50 дБ (при согласованном базисе). Зависимости представлены, соответственно, кривыми 1, 2 и 3 на рис.2. Расчет выполнен по выражению (9), причем расчет левых ветвей выполнен при уо =1, а расчет правых ветвей выполнен
при уо , определяемом выражением (10) при =1.
О в р
40 - 2
30 - 1
20 - if
10 - -1 i —— 1 а02/ав2, дБ
■30
-20
10
10
20
30
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента подавления адаптивного фильтра от относительной интенсивности помехи в каналах с учетом ограничения весов
Из рис.2 следует, что при ограничении весовых коэффициентов эффективность адаптивного поляризационного фильтра существенно снижается. При этом, по мере увеличения рассогласования поляризации приемной антенны радиолокатора с поляризационными параметрами поля помехового сигнала (по мере увеличения
отношения о0 ) остаточная дисперсия помехи на выходе О в
адаптивного фильтра значительно возрастает. Это подтверждается результатами расчета зависимости остаточной, нормированной по собственным шумам, дисперсии на выходе адаптивного фильтра, приведенными на рис.3. При этом кривые 1 и 2 характеризуют случай, когда нормированная дисперсия помехи в каналах приема при согласованном базисе ()=0 дБ, соответствен-
в
но, равна 30 и 40 дБ.
Рисунок 3 - Зависимость остаточной нормированной дисперсии на выходе адаптивного фильтра от относительной интенсивности помехи в каналах с учетом ограничения весовых коэффициентов
ВЫВОДЫ
Получено аналитическое выражение, которое позволяет оценить эффективность адаптивного поляризационного селектора с учетом ограничения весовых коэффициентов при произвольных параметрах помех. Результаты расчетов дали основание считать, что дальнейшее повышение эффективности поляризационной селекции полезных сигналов на фоне помех может быть обеспечено путем оперативной адаптивной подстройки поляризации приемной антенны радиолокатора в базис, близкий к согласованному.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Джуди Д. Поляризационное разнесение в радиолокации / /ТИИЭР.-1986.-74, № 2.-С.6-34.
2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех.-М: Радио и связь, 1981.-416 с.
3. Пиза Д.М. Эффективность адаптивных поляризационных фильтров при произвольных параметрах помех //Проблемы управления и информатики.1998.№ 3.- с.110-114.
4. Канарейкин Д.М., Потехин В.А., Шишкин И.Ф. Морская поляриметрия. -М: Судостроение, 1968.-328с.
5. Уидроу Б., Мантей П. Адаптивные антенные системы // ТИИЭР.-1967.-55, № 12.-с.47-63.
Надшшла 18.08.2003 Шсля доробки 26.09.2003
Проведено анал\з ефективностг застосування автоматичных поляризацтних селектор1в з врахуванням обмежен-ня вагових коефщиент1в. Показано, що в реальних умовах функщонування селектора 1снуе область взаемних поляризацтних базисгв, при яких ослаблення завад суттево пог1р-шуеться. Наведет результати розрахунтв.
In the article the analysis of efficiency application automatic polarization selectors, taking into account of limitation weight coefficients. It is show that in the real condition functional of celektor there is area of reciprocal polarization bases, in which weaken one's noise thet makes its worse. The results of account is quoting.
