Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов
С целью повышения информативности радиолокационных средств при их работе в условиях активных широкополосных помех разработана структурная схема цифрового автокомпенсатора. Предложена система фильтров, позволяющая осуществить коррекцию разных видов. Проведена оценка эффективности цифрового автокомпен...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50842 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов / А.Ю. Денисюк, И.А. Пилькевич // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 72-79. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50842 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Денисюк, А.Ю. Пилькевич, И.А. 2013-11-04T21:32:19Z 2013-11-04T21:32:19Z 2006 Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов / А.Ю. Денисюк, И.А. Пилькевич // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 72-79. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50842 004.042 С целью повышения информативности радиолокационных средств при их работе в условиях активных широкополосных помех разработана структурная схема цифрового автокомпенсатора. Предложена система фильтров, позволяющая осуществить коррекцию разных видов. Проведена оценка эффективности цифрового автокомпенсатора. З метою підвищення інформативності радіолокаційних засобів при їхній роботі в умовах активних широкосмугових перешкод розроблено структурну схему цифрового автокомпенсатора. Запропоновано систему фільтрів, що дозволяє здійснити корекцію різних видів. Провeдено оцінку ефективності цифрового автокомпенсатора. A structural scheme of a digital autocompensator for the increase of information of the radiolocation means during their operation in the conditions of the active broad-band interferences is developed. A system of filters, allowing to realize the correction of different types, is proposed. An estimation of the effectiveness of a digital autocompensator is conducted. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Технічні засоби отримання і обробки даних Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов Цифрові засоби корекції частотних спектрів сигналів Digital Means of Correction of the Frequency Spectra of Signals Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| spellingShingle |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов Денисюк, А.Ю. Пилькевич, И.А. Технічні засоби отримання і обробки даних |
| title_short |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| title_full |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| title_fullStr |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| title_full_unstemmed |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| title_sort |
цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов |
| author |
Денисюк, А.Ю. Пилькевич, И.А. |
| author_facet |
Денисюк, А.Ю. Пилькевич, И.А. |
| topic |
Технічні засоби отримання і обробки даних |
| topic_facet |
Технічні засоби отримання і обробки даних |
| publishDate |
2006 |
| language |
Russian |
| container_title |
Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| publisher |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Цифрові засоби корекції частотних спектрів сигналів Digital Means of Correction of the Frequency Spectra of Signals |
| description |
С целью повышения информативности радиолокационных средств при их работе в условиях активных широкополосных помех разработана структурная схема цифрового автокомпенсатора. Предложена система фильтров, позволяющая осуществить коррекцию разных видов. Проведена оценка эффективности цифрового автокомпенсатора.
З метою підвищення інформативності радіолокаційних засобів при їхній роботі в умовах активних широкосмугових перешкод розроблено структурну схему цифрового автокомпенсатора. Запропоновано систему фільтрів, що дозволяє здійснити корекцію різних видів. Провeдено оцінку ефективності цифрового автокомпенсатора.
A structural scheme of a digital autocompensator for the increase of information of the radiolocation means during their operation in the conditions of the active broad-band interferences is developed. A system of filters, allowing to realize the correction of different types, is proposed. An estimation of the effectiveness of a digital autocompensator is conducted.
|
| issn |
1560-9189 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50842 |
| citation_txt |
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов / А.Ю. Денисюк, И.А. Пилькевич // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 72-79. — Бібліогр.: 4 назв. — pос. |
| work_keys_str_mv |
AT denisûkaû cifrovyesredstvakorrekciičastotnyhspektrovsignalov AT pilʹkevičia cifrovyesredstvakorrekciičastotnyhspektrovsignalov AT denisûkaû cifrovízasobikorekcííčastotnihspektrívsignalív AT pilʹkevičia cifrovízasobikorekcííčastotnihspektrívsignalív AT denisûkaû digitalmeansofcorrectionofthefrequencyspectraofsignals AT pilʹkevičia digitalmeansofcorrectionofthefrequencyspectraofsignals |
| first_indexed |
2025-11-26T01:40:55Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:40:55Z |
| _version_ |
1850604423458324480 |
| fulltext |
72
УДК 004.042
А. Ю. Денисюк1, И. А. Пилькевич2
1Житомирский военный институт радиоэлектроники им. С.П. Королева
пр. Мира, 22, Житомир, Украина
2Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины
ул. Генерала Наумова 15, 03164 Киев, Украина
тел.: (044) 241-56-86, е-mail: office@euzt.in.ua
Цифровые средства коррекции
частотных спектров сигналов
С целью повышения информативности радиолокационных средств при
их работе в условиях активных широкополосных помех разработана
структурная схема цифрового автокомпенсатора. Предложена сис-
тема фильтров, позволяющая осуществить коррекцию разных видов.
Проведена оценка эффективности цифрового автокомпенсатора.
Ключевые слова: автокомпенсатор, забрасываемые передатчики по-
мех одноразового использования.
Введение
В настоящее время забрасываемые передатчики помех одноразового исполь-
зования (ЗПП ОИ) являются одним из наиболее эффективных средств, создающих
существенные помехи работе РЛС. Из-за высокой чувствительности приемной
аппаратуры РЛС использование даже одного ЗПП приводит к резкому снижению
информационных возможностей радиолокационных средств и, как следствие, к
невыполнению возложенных на них задач. Наиболее эффективным способом за-
щиты от активных широкополосных помех является их когерентная компенсация
в корреляционных автокомпенсаторах [1].
Для коррекции искажений частотных спектров сигналов целесообразно ис-
пользовать цифровые устройства, которые обладают следующими достоинствами:
1) высокой стабильностью и точностью, практически не зависящими от
внешних воздействий;
2) простотой и гибкостью оперативной перестройки структуры и изменения
характеристик;
3) высоким быстродействием при малой массе и габаритах и др.
В связи с этим актуальным является вопрос, посвященный разработке алго-
ритма и блок-схемы цифрового автокомпенсатора активных широкополосных по-
мех.
© А. Ю. Денисюк, И. А. Пилькевич
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 73
Основная часть
Когерентная компенсация помех. Известно [2], что для пространственной
селекции сигнала на фоне помех, приходящих с отдельных направлений, наряду с
основной могут быть задействованы дополнительные антенны (в антенне типа
фазированная решетка — отдельные элементы этой решетки). Возможности ком-
пенсации помех были сформулированы советским ученым Н.Д. Папалески еще
несколько десятилетий тому назад [3]. При достаточной корреляции сигналов в
основном и дополнительном каналах происходит полная компенсация помехи.
На рис. 1 представлена многоканальная схема автокомпенсатора помех с ис-
пользованием корреляционной обратной связи [2]. В цепь обратной связи вклю-
чено устройство вычисления оценки корреляционного момента *
iУUU .
x
1-z
x
1-z
_
x
S
_
x
U1
УU
С
ис
те
ма
ф
ил
ьт
ро
в
Ul+1
U2 V1
Vm
Рис. 1
Умножение комплексных амплитуд, как известно из [2], может быть осуще-
ствлено, например, путем преобразования частоты, усреднение — за счет интег-
рирования в узкополосном фильтре. Эти же операции могут быть произведены
путем перехода на цифровую технику.
Для коррекции искажений спектров сигналов в цифровом автокомпенсаторе
вместо обратной связи целесообразно использовать устройство с коэффициентом
передачи mK , которое будет учитывать всю необходимую информацию. Значение
mK подберем из условия минимума среднего квадрата модуля выходного сигнала:
А. Ю. Денисюк, И. А. Пилькевич
74
У
T
У UU *
S =
n2
12s . (1)
При этом выходной сигнал автокомпенсатора будет описываться функцией:
å
=
å +=
m
tVKtUtU
1
1 ),()()(
m
mm (2)
где mK — комплексный коэффициент передачи m -го канала.
Подставив (2) в (1), получим:
.
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
m
1м
m
1м
m
1м
m
1м11
2
м
T
мм
T
1
1
T
м1
T
1м1
T
м
T
1
VVVU
UVUUVUVU
¢
*
= =¢
¢
*
=¢
¢
*
¢
=
***
=¢
¢¢
=
***
S
ååå
ååå
++
++=÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+=
ммм
м
m
м
m
м
KK
n
K
n
K
nn
KK
n mm
s
Введя обозначения
,,,2,1,,
2
1,
2
1,
2
1
000 m
n
R
n
R
n
R K=¢=== ¢
*
¢
** mmmmm м
T
м1
T
м1
T
1 VVUVUU
получим:
m
m m
mmm
m
mm
m
mms ¢
= =¢
¢
*
=¢
*
¢¢
=
*
S åååå +++= KRKRKRKR
m mmm
1 11
0
1
000
2 , (3)
или в матричном виде:
RKKKRRK TT
00
T ***
S +++= 00
2 Rs , (4)
где
K ,
1
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
=
mK
K
M R0 ,
0
10
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
=
mR
R
M R .
1
111
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
=
mmm
m
RR
RR
K
MM
K
Подчеркнем, что комплексные векторы U1,V1,…,Vm вообще говоря, не явля-
ются случайными. Значения ммм RRR ¢,, 000 являются поделенными на n2 скаляр-
ными произведениями соответствующих пар векторов. Если же векторы
U1,V1,…,Vm случайны, стационарны и эргодичны, то ммм RRR ¢,, 000 являются выбо-
рочными ковариациями.
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 75
Необходимым условием минимума 2
Ss является равенство нулю матричного
дифференциала 2
Ssd при изменении K:
( ) ( ) 02 =+++=+++= *******
S KRKRRKRKKRKRKKKRRK TT
00
TTTT
00
T ddddddds .
Отсюда оптимальное значение коэффициента передачи K равно:
0
1
опт RRK --= . (5)
Подставив (5) в (4), получим:
( ) *--*
S -=-= 0
T1T
00
1T
0 RRRRRR 0000
2 RRминs . (6)
Следовательно коэффициент подавления [1]:
( ) *-
S -
==
0
T1T RRR00
00
2
2
0
R
R
K П s
s
. (7)
Комплексная огибающая сигнала на выходе автокомпенсатора в момент вре-
мени nt равна:
nVKUU
m
опт ,,2,1,
1
1 K=+= å
=
S n
m
mnmnn . (8)
Блок-схема автокомпенсатора, построенная в соответствии с (5), (8), пред-
ставлена на рис. 2.
Введя матрицу
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
è
æ
=
mnn
m
VV
VV
K
MM
K
1
111
V ,
где первый индекс означает номер канала, а второй — номер отсчета, выражение
(8) можно записать в матричной форме:
0
1
1опт1У RVRUVKUU --=+= . (9)
Входящие в (9) матрицы R и R0 могут быть представлены в виде:
1
T
0
T UVRVVR ** ==
nn 2
1,
2
1 .
А. Ю. Денисюк, И. А. Пилькевич
76
RG U1
С
ис
те
ма
ф
ил
ьт
ро
в
RG V1
Формирователь
0mR
Формирователь
10R
RG Vm
Ф
ор
ми
ро
ва
те
ль
1-R
Ф
ор
ми
ро
ва
те
ль
ль
R
Ф
ор
ми
ро
ва
те
ль
mK
x
S
x
U2
Ul+1 mV
V1
Km
K1
KmVm
K1V1
11R
mmR 1-
mmR
1
11
-R УU
U1
Рис. 2
Тогда п-мерный вектор-столбец ( n — число отсчетов на интервале наблюде-
ния) значений комплексной огибающей выходного сигнала цифрового автоком-
пенсатора будет иметь вид:
( )( ) 1UVVVVIU T1T
У
*-*-= . (10)
Работа цифрового автокомпенсатора. Цифровой автокомпенсатор (рис. 2)
работает следующим образом. Для простоты изложения ограничимся лишь одним
из l вспомогательных каналов. С выхода основного канала приема поступает
смесь помехи с искаженным спектром и неискаженного полезного сигнала )(1 tU .
С выхода вспомогательного канала поступают практически неискаженные поме-
ховые колебания )(2 tU , спектр которых, проходя ряд последовательно соединен-
ных частотно-зависимых фильтров, приобретает искажения линейного, квадра-
тичного, кубичного и т.д. характера. Это обусловлено тем, что частотная характе-
ристика канала на выходе первого фильтра линейная: )()(1 fSfH && = , следователь-
но, на выходе второго фильтра — квадратичная )()()()( 2
2 fSfSfSfH &&&& == и т.д.
На выходе ( m – l)-го фильтра )()( 1
1 fSfH m
m
-
- = && . Комплексные огибающие сигна-
лов с входов фильтров m1 VV ,,K через запоминающие регистры поступают на
устройства формирования матриц RRm0 , и на первые входы соответствующих
умножителей. Комплексная огибающая сигнала выхода основного канала приема
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 77
1U через запоминающий регистр поступает на устройства формирования матри-
цы m0R и на многовходовой выходной сумматор соответственно. Компоненты
матриц m0R и R поступают на устройство формирования коэффициентов пере-
дачи (весов) mK , а с него на вторые входы соответствующих умножителей и да-
лее на многовходовой выходной сумматор, где и происходит компенсация поме-
хи. Все устройства формирования работают в соответствии с вышеизложенным
алгоритмом работы цифрового автокомпенсатора.
Эффективность цифрового автокомпенсатора. При стремлении коэффи-
циента обратной связи к бесконечности эффективность цифровой компенсации
помех такая же, как и в аналоговом случае [2, 4]. В частности, если сигнал основ-
ного канала 1U является линейной комбинацией сигналов вспомогательных кана-
лов VAUVV 0m1 =:,,K , где А — произвольный т-мерный вектор-столбец, то в
соответствии с (10) 0=SU . В цифровом автокомпенсаторе в отличие от аналого-
вого нет необходимости учитывать переходные процессы. Однако имеют место
довольно жесткие требования к быстродействию.
Эффективность работы цифрового автокомпенсатора оценим по общеприня-
тому параметру, коэффициенту подавления, и сравним его с аналоговым, подроб-
но описанным в [1].
Рассмотрим случай, когда на работу РЛС воздействует одна помеха (один
ЗПП ОИ). Будем считать, что схема содержит четыре ортогональных фильтра, а
следовательно четыре вспомогательных каналов приема. Заметим, что дальней-
шее увеличение числа фильтров не приводит к существенному росту коэффици-
ента подавления.
Оценка коэффициентов подавления в [1] проводилась не по модели, а на ос-
нове выражения:
å
=
-
= m
i
i
ПK
1
21
1
r&
. (11)
Квадрат модуля коэффициента корреляции помеховых колебаний в основном
и і-м компенсационном подканале определяется по формуле [2, 4]:
( )( )ò ò
ò
D+
D-
D+
D-
D+
D-
*
++
= ff
ff
ff
ff
iiBKOK
i
ff
ff
BKOK
i
dffHfFdffF
dffHfFfF
0
0
0
0
0
0
11)()()(
)()()(
0
22
2
2
xx
r
&&
&&
, (12)
где )( fFOK
& , )( fFBK
& — частотные характеристики основного и вспомогательного
каналов приема соответственно; )( fH i — частотная характеристика корректи-
А. Ю. Денисюк, И. А. Пилькевич
78
рующего фильтра; 0x и ix — отношение мощности собственных шумов к мощно-
сти помехи в основном и і-м компенсационном подканале соответственно.
Результаты, полученные с помощью выражения (11), идеализированы. По-
этому необходимо сравнить результаты, полученные при помощи выражения (11),
с результатами, полученными с помощью разработанной модели.
Расчеты проводились для линейной эквидистантной решетки с шагом 20l .
Антенна основного канала состояла из 201-го излучателя и была сфазирована по
нормали ( )°== S 90ии MMK . В состав вспомогательной антенны входил 21 излуча-
тель, ее луч направлялся на источник помех, причем °= 90иS . Фазовые центры
основной и вспомогательной антенн предполагались совмещенными. Отношение
мощности собственных шумов к мощности помехи в компенсационных подкана-
лах предполагалось одинаковым и выбиралось равным 0,005.
Результаты расчетов коэффициентов подавления для различных направлений
на источник помех представлены в табл. 1, 2. При проведении расчетов аппрок-
симация требуемой частотной характеристики осуществлялась суммой полиномов
Лагранжа. Так как первый подканал имеет постоянную частотную характеристи-
ку, описываемую полиномом нулевого порядка, то порядок аппроксимирующего
полинома задавался на единицу меньше количества компенсационных подкана-
лов.
Таблица 1
400%; 22 ==D отнотн rf км
град,иX 135 155
дБ,ПК ¢
Количество подканалов БК
1 2 3 4 1 2 3 4
0,5 10 11 18 0,3 2,3 9 15
дБ,ПК 0,2 9 10,1 17,3 0,2 1,5 8,1 13,8
Таблица 2
5000%; 22 ==D отнотн rf км
град,иX 135 155
дБ,ПК ¢
Количество подканалов БК
1 2 3 4 1 2 3 4
1,8 5 16 18,8 0,5 1,3 10,5 16
дБ,ПК 1 4 14,8 17,9 0,3 0,8 9,7 15
Таким образом, коэффициент подавления блока коррекции с одним подкана-
лом характеризует эффективность работы обычного одноканального автокомпен-
сатора. В данных таблицах значение ПK ¢ представляет собой коэффициент подав-
ления аналогового автокомпенсатора, рассчитанный на основе формулы (11) (то
есть идеализированный случай), значение ПK — коэффициент подавления циф-
рового автокомпенсатора, рассчитанный по разработанной модели (то есть реаль-
Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 79
ный случай). Расчеты проводились для полосы пропускания приемного устройст-
ва % 22 =D отнf и относительной дальности до источника помех отнr = 400 км и
5000 км.
Анализ результатов показывает, что коэффициенты подавления цифрового
автокомпенсатора немного ниже идеальных коэффициентов подавления, полу-
ченных на основе формул (11), (12).
Выводы и практические рекомендации
1. Разработанные цифровые блоки коррекции при той же эффективности ра-
боты, что и аналоговые, не требуют учета переходных процессов.
2. Для реализации цифровых блоков коррекции необходимо предъявлять же-
сткие требования к быстродействию вычислительных средств.
1. Денисюк А.Ю. Використання математичних методів наближення з метою підвищення
ефективності заглушення активних широкосмугових перешкод // Вісник Житомирського держав-
ного технологічного університету / Технічні науки. — Житомир: ЖДТУ, 2004. — Вип. № 3(30). —
С. 58–61.
2. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д.Ширмана. — М.: Сов. радио, 1970. —
560 с.
3. Папалески Н.Д. Радиопомехи и борьба с ними. — М.: Гостехиздат, 1944. — 650 с.
4. Ширман Я.Д., Манжос B.И. Теория и техника обработки радиолокационной информации
на фоне помех. — М.: Радио и связь, 1981. — 416 с.
Поступила в редакцию 18.04.2006
УДК 004.042
А. Ю. Денисюк1, И. А. Пилькевич2
© А. Ю. Денисюк, И. А. Пилькевич
Таблица 1
Таблица 2
|