Повышение эффективности обнаружения загоризонтными РЛС с поверхностной волны надводных объектов на основе синтеза апертуры антенной системы
Ключевые слова:
РЛС поверхностной волны, антенная решетка, диаграмма направленности, амплитудно-фазовое распределение, синтезирование апертурыАннотация
Для решения задач наблюдения за обстановкой на водной поверхности, примыкающей к приграничным районам суши, используют загоризонтные радиолокационные средства поверхностной волны. Основным достоинством указанных средств является возможность обнаружения надводных объектов за пределами оптического горизонта за счет распространения электромагнитной волны вдоль морской поверхности в дифракционной зоне. Однако точностные характеристики подобных наблюдений оказываются крайне низкими в силу малых отношений сигнал/шум отраженного сигнала, которые обусловлены, в свою очередь, широкой диаграммой направленности существующих антенных систем. Это приводит к превалированию в облученной области отражения от фона над радиоэхом лоцируемого объекта. По этой же причине оказываются необнаруживаемыми неподвижные цели, по которым отсутствует доплеровский сдвиг частот в спектре отраженного сигнала. Единственным способом увеличения отношения сигнал/шум является сужение диаграммы направленности (увеличение коэффициента направленного действия антенной системы). Предлагается решение поставленной задачи по пути последовательного накапливания отраженных сигналов и их суммирования по принципу оптимизационного подбора фазовых соотношений для соседних импульсов (синтезируемых апертур), которые соответствуют эвентуальному фронту электромагнитных волн, сфокусированному в направлении гипотетической цели. Решение данной задачи позволит существенно сузить диаграмму направленности антенны, что открывает возможности устранения влияния фона за счет радикального уменьшения площади облучаемой поверхности в процессе фокусировки луча при синтезировании виртуальной апертуры. При этом нет необходимости в изменении конструкции антенных решеток. Выполнено компьютерное моделирование синтезированной антенной решетки и построена ее диаграмма направленности. Проведена количественная оценка степени повышения углового разрешения по сравнению с потенциально возможным, определенным по критерию Релея. Данное обстоятельство поз воляет рассмотреть возможность использования береговых загоризонтных радиолокационных станций поверхностной волны для обнаружения «невидимых» существующими локаторами неподвижных объектов.
Литература
2. Акимов В.Ф., Калинин Ю.К. Введение в проектирование ионосферных загоризонтных радиолокаторов // М.: Техносфера. 2017. 492 с.
3. Y. J. Guo, P. Qin, S. Chen, W. Lin and R. W. Ziolkowski. Advances in Reconfigurable Antenna Systems Facilitated by Innovative Technologies // IEEE Access. 2018. vol. 6. pp. 5780–5794.
4. Jiaguo L. Design Technology of Synthetic Aperture Radar // Wiley — IEEE Press. 2019. 329 p.
5. Djurovic I. QML-RANSAC: PPS and FM signals estimation in heavy noise environments // Signal Processing. 2017. vol. 130. pp. 142–151.
6. Zhaoyi W., Shengnan S., Ziyang C., Zishu H. A Modified Sequential Multiplexed Method for Detecting Airborne and Sea Targets With Over-the-Horizon Radar // Access IEEE. 2020. vol. 8. pp. 84082–84092.
7. Алёшкин А.П., Владимиров В.В., Невзоров В.И., Савочкин П.В. Метод повышения разрешающей способности и точности радиолокационных угловых измерений на основе последовательной пространственно-временной обработки принимаемых сигналов // Информационно-управляющие системы. 2020. № 2. С. 37 45.
8. Орлов И.Я., Евсеев А.П., Вьюгин П.Н., Пучков А.В. Анализ проблем создания «сверхразрешающей» цифровой антенной решетки с помощью алгоритма полигармонической экстраполяции // Труды 24-й Междунар. научн.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». 2018. С. 1–12.
9. Djurovic I., Zhang Y. Accurate parameter estimation of over-the-horizon radar signals using RANSAC and MUSIC algorithms // Progress in Electromagnetics Research M. 2018. vol. 67. pp. 85–93.
10. Aliyazicioglu Z., Hwang H., Grice M., Yakovlev A. Sensitivity analysis for direction of arrival estimation using a root-MUSIC algorithm // Engineering Letters. 2008. vol. 16. no. 3. pp. 353–360.
11. Guohua Wang, Yilong Lu. High resolution MIMO-HFSWR using sparse frequency waveform // 9th International Conference on Signal Processing 2008. 2008. pp. 2238–2241.
12. Xiaolong C., Xiaohan Y., Yong H., Jian G. Adaptive Clutter Suppression and Detection Algorithm for Radar Maneuvering Target With High-Order Motions Via Sparse Fractional Ambiguity Function // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2020. vol. 13. pp. 1515–1526.
13. Манохин Г.О., Гельцер А.А., Рогожников Е.В. Увеличение разрешающей способности радиолокационной системы за счет параметрических методов обработки сигналов // Вестник СибГУТИ. 2015. № 1(29). С. 15–23.
14. Нечаев Ю.Б. Сверхразрешающие алгоритмы в задачах азимутальной радиопеленгации с использованием кольцевых антенных решеток // Антенны. 2007. № 7. С. 29–34.
15. Santi F. et al. Spatial Resolution Improvement in GNSS-Based SAR Using Multistatic Acquisitions and Feature Extraction // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2016. vol. 54. no. 10. pp. 6217–6231.
16. Ma H. et al., "Maritime Moving Target Indication Using Passive GNSS-Based Bistatic Radar // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2018. vol. 54. no. 1. pp. 115–130.
17. Дмитриев Д.Д., Карцан И.Н. Адаптивные антенные решетки с цифровым формированием луча // Решетневские чтения. 2016. Т. 1. С. 263–265.
18. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение антенных решеток // М.: Радио и связь. 2003. 197 с.
19. Детков А.Н. Оптимизация обработки траекторного сигнала радиолокационной системы c цифровым синтезированием апертуры антенны при использовании скрытых марковских моделей // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 6. С. 554–560.
20. Чистяков В.А., Куприц В.Ю. Сверхразрешение в антенных решетках // Решетневские чтения. 2016. Т. 1. С. 310–312.
21. Петров В.П. Алгоритмы оценки пространственного спектра в адаптивных цифровых антенных решетках // Вестник СибГУТИ. 2014. № 4(28). С. 60–70.
22. Филонов А.А. и др. Устройства СВЧ и антенны // Сиб.федер. ун-т. 2014. 492 с.
23. Лаговский Б.А. Сверхразрешение на основе синтеза апертуры цифровыми антенными решетками // Антенны. 2013. № 6(193). С. 9–16.
24. Порсев В.И. и др. Выделение парциальных траекторий с применением синтезируемой виртуальной апертуры антенны РЛС // Вестник воздушно-космической обороны. 2016. Вып. 3(11). С. 87–92.
25. Порсев В.И., Гелесев А.И., Красько А.Г. Угловое сверхразрешение сигналов с использованием «виртуальных» антенных решеток // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019. № 4. С. 24–34.
26. Baiqiang Z., Junhao X., Zhongwen H. Super-resolution processing for shipborne HFSWR based on an improved IMP // 2016 CIE International Conference on Radar (RADAR). 2016. pp. 1–4.
27. Thay T., Kelsall A., Marchioni J., Riddolls R. Frequency Monitoring System for Over-The-Horizon Radar (OTHR) using The Empirical Canadian High Arctic Ionospheric Model (E-CHAIM) // 2019 20th International Radar Symposium (IRS). 2019. pp. 1–8.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Станислав Николаевич Балакирев, Андрей Петрович Алёшкин, Павел Владимирович Савочкин, Валерий Иванович Невзоров
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).