RU2291459C2 - System of protection of impulse radar stations from active noise interference - Google Patents
System of protection of impulse radar stations from active noise interference Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291459C2 RU2291459C2 RU2005102675/09A RU2005102675A RU2291459C2 RU 2291459 C2 RU2291459 C2 RU 2291459C2 RU 2005102675/09 A RU2005102675/09 A RU 2005102675/09A RU 2005102675 A RU2005102675 A RU 2005102675A RU 2291459 C2 RU2291459 C2 RU 2291459C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- channel
- digital phase
- compensator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации, в частности к защите радиолокационных станций (РЛС) от активных шумовых помех (АШП) с применением устройств автокомпенсации.The invention relates to radar, in particular to the protection of radar stations (radar) from active noise interference (ACP) using automatic compensation devices.
Рассматриваются импульсные РЛС, у которых в качестве антенной системы используется антенная решетка (АР) с электронным сканированием луча, т.е. электронным сканированием диаграммы направленности антенны (ДНА), при помощи цифровых фазовращателей, расположенных в каждом дипольном канале АР, содержащие диаграммообразующую систему (ДОС) основного приемного канала, ДОС компенсационных приемных каналов и автокомпенсатор (АК), который может быть реализован аппаратным или программным способом. При этом автокомпенсаторы могут быть любого типа: гетеродинного или квадратурного, в аналоговом или цифровом исполнении, работающие на высокой частоте или на промежуточной, с корреляционными обратными связями или (для цифрового исполнения) с прямым вычислением весовых коэффициентов в соответствии с формулой Винера-ХопфаWe consider pulsed radars in which an antenna array (AR) with electron beam scanning is used as an antenna system, i.e. electronic scanning of the antenna radiation pattern (BOTTOM), using digital phase shifters located in each dipole channel of the AR, containing a beam-forming system (DOS) of the main receiving channel, DOS of the compensation receiving channels and auto-compensator (AK), which can be implemented in hardware or software. At the same time, auto-compensators can be of any type: heterodyne or quadrature, in analog or digital version, operating at a high frequency or intermediate, with correlation feedbacks or (for digital execution) with direct calculation of weighting coefficients in accordance with the Wiener-Hopf formula
где Wопт - вектор адаптивных весов (вектор весовых коэффициентов);where W opt - vector adaptive weights (vector weights);
Rnn - ковариационная матрица помех в компенсационных каналах;R nn is the covariance matrix of interference in the compensation channels;
В - корреляционный вектор-столбец основного и компенсационных приемных каналов, ("Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория". Справочник. / Под ред. проф. Я.Д.Ширмана. М.: ЗАО "МАКВИС", 1998, с.704-708).B - column correlation vector of the main and compensation receiving channels, (Radio-electronic systems. Fundamentals of construction and theory. Handbook. / Ed. By Prof. Ya.D.Shirman. M .: ZAO MAKVIS, 1998, p.704 -708).
Известно, что все виды автокомпенсаторов имеют один общий недостаток - ограниченный коэффициент подавления (Кподав.) порядка 25 дБ. Ограничение коэффициента подавления связано с непреодолимыми (как показала практика) трудностями получения амплитудно-частотной и фазовой идентичности основного и компенсационных приемных каналов, которая определяет величину коэффициента корреляции (ρ), а следовательно, и коэффициент подавления, который зависит от значения коэффициента корреляции. Например, для одноканального автокомпенсатора эта зависимость выражается формулой:It is known that all types of auto-compensators have one common drawback - a limited suppression coefficient (K supp. ) Of the order of 25 dB. The restriction of the suppression coefficient is associated with insurmountable (as practice has shown) difficulties in obtaining the amplitude-frequency and phase identity of the main and compensation receiving channels, which determines the value of the correlation coefficient (ρ), and therefore the suppression coefficient, which depends on the value of the correlation coefficient. For example, for a single-channel auto-compensator, this dependence is expressed by the formula:
Ограничение коэффициента подавления особенно нежелательно, когда уровень помех имеет большой динамический диапазон. После устройства автокомпенсации при ограничении подавления остается еще достаточно высокий уровень неподавленного шума, который способен существенно сократить дальность обнаружения РЛС. Кроме того, при большом уровне активных шумовых помех в автокомпенсаторах гетеродинного или квадратурного типа, имеющих корреляционную обратную связь, возникает неустойчивость, которая также уменьшает коэффициент подавления автокомпенсатора.Limiting the suppression ratio is especially undesirable when the interference level has a large dynamic range. After the autocompensation device while limiting the suppression, a rather high level of unsuppressed noise remains, which can significantly reduce the radar detection range. In addition, with a large level of active noise interference in heterodyne or quadrature type auto-compensators having correlation feedback, instability arises, which also reduces the auto-compensator suppression coefficient.
Возможны различные способы усовершенствования систем автокомпенсации с расширенным динамическим диапазоном частот.There are various ways to improve auto-compensation systems with an extended dynamic frequency range.
Многоканальный автокомпенсатор (МАК) с улучшенным динамическим диапазоном представлен в патенте США №3938154 "Усовершенствованная система подавления боковых лепестков", МПК Н 04 В 7/00, НКИ 343-100 LE, заявка №499374 от 16.08.1974 г., опубликованном 10.02.1976 г. В запатентованной системе используется последовательное соединение колец слежения. Достоинством схемы является существование такого положения, при котором в каждом кольце слежения "действует" одна помеха. Этим обеспечивается устойчивость работы МАК, а эффективность подавления может быть увеличена наращиванием ступеней итерации.Multichannel auto-compensator (IAC) with improved dynamic range is presented in US patent No. 3938154 "Advanced system for suppressing side lobes", IPC N 04 V 7/00, NKI 343-100 LE, application No. 499374 from 08.16.1974, published on 02.10.1974. 1976 The patented system uses serial connection of tracking rings. The advantage of the circuit is the existence of such a situation in which in each tracking ring one interference “acts”. This ensures the stability of the MAC, and the suppression efficiency can be increased by increasing the steps of iteration.
В патенте США №4086592 "Устройство подавления боковых лепестков", МПК G 01 S 9/42, Н 04 В 1/12, НКИ 343-100 LE, заявка №818180 от 22.07.1977 г., опубликованном 25.04.1978 г., независимость работы устройства от мощности сигнала помехи обеспечивается тем, что компенсатор построен по разомкнутой схеме. Схема компенсатора реализована на базе цифровой техники.In US patent No. 4086592 "Device for suppressing side lobes", IPC G 01 S 9/42, H 04
В патенте США №4119963 "Когерентное устройство подавления боковых лепестков для импульсных РЛС", МПК G 01 S 9/233, НКИ 343-17.2 PC, заявка №782930 от 30.03.1977 г., опубликованном 10.10.1978 г. (приоритет Netherlands №7603559 от 06.04.1976 г.), увеличение динамического диапазона по помехе обеспечивается введением на основном и компенсационных входах автокомпенсатора блоков с амплитудной характеристикой y=xα, например, логарифмических усилителей. Однако, хотя использование логарифмических усилителей и приводит к расширению динамического диапазона при больших уровнях помехи, ввиду декорреляции шума нелинейными устройствами в основном и компенсационных приемных каналах, получить хорошее подавление помехи при этом удается не всегда. Особенно трудно получить хорошее подавление, если помехи в основном и компенсационных каналах разных уровней.U.S. Patent No. 4119963 "Coherent Sidelobe Suppression Device for Pulse Radar", IPC G 01 S 9/233, NCI 343-17.2 PC, Application No. 782930 dated 03/30/1977, published on 10/10/1978 (Netherlands priority No. 7603559 dated 04/06/1976), an increase in the dynamic range of the interference is ensured by the introduction of blocks with amplitude characteristic y = x α at the main and compensation inputs of the auto-compensator, for example, logarithmic amplifiers. However, although the use of logarithmic amplifiers leads to an expansion of the dynamic range at high noise levels, due to decorrelation of noise by nonlinear devices in the main and compensation receiving channels, it is not always possible to obtain good noise suppression. It is especially difficult to get good suppression if the interference in the main and compensation channels of different levels.
Основным недостатком всех вышеуказанных устройств автокомпенсации является недостаточное подавление активных шумовых помех при их большом уровне.The main disadvantage of all the above auto-compensation devices is the insufficient suppression of active noise interference at their high level.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента подавления АШП в импульсных РЛС с многоканальными автокомпенсаторами.The technical result of the invention is to increase the suppression coefficient of ACP in pulsed radars with multi-channel auto-compensators.
Для достижения указанного результата в импульсные РЛС с антенной решеткой, электронное сканирование луча которой осуществляется управляющими цифровыми фазовращателями, расположенными в каждом дипольном канале АР, имеющие ДОС основного приемного канала, ДОС компенсационных приемных каналов и многоканальный автокомпенсатор, реализованный программным или аппаратным способом, вводится вычислительное устройство, реализующее генетический алгоритм (GA) (Holland J.H. Genetic algorithms, Sei. Amer. pp.66-72, July 1992. "Phase-Only A daptive Nulling with a Genetic Algorithm" IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol.45, No6, June 1997) или любой другой алгоритм фазового синтеза нулей, аналогичный ему, например, один из описанных в следующих источниках информации: Baird C.A. and Rassweiler "Adaptive sidelobe nulling using digitally controlled Phase - shifters" IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol.AP-24. pp.638-649, 1976; или Shor R.A. "Nulling at Symmetrie pattern location with phase - only weight control". IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol.AP-32. pp.530-533, 1989.To achieve this result, a computing device is introduced into the pulsed radar with an antenna array, the electron beam scanning of which is carried out by controlling digital phase shifters located in each dipole channel of the AR, having a DOS of the main receiving channel, a DOS of the compensation receiving channels and a multi-channel auto-compensator implemented in software or hardware Implementing a Genetic Algorithm (GA) (Holland JH Genetic algorithms, Sei. Amer. pp. 66-72, July 1992. "Phase-Only A daptive Nulling with a Genetic Algorithm" IEEE Transactions on Antennas and Pro pagation. Vol.45, No6, June 1997) or any other phase synthesis algorithm for zeros similar to it, for example, one of the following sources of information: Baird C.A. and Rassweiler "Adaptive sidelobe nulling using digitally controlled Phase - shifters" IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol.AP-24. pp. 638-649, 1976; or Shor R.A. "Nulling at Symmetrie pattern location with phase - only weight control." IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol.AP-32. pp. 530-533, 1989.
С помощью генетического алгоритма управление цифровыми фазовращателями, применяемыми для электронного сканирования ДНА РЛС, производится только по младшим разрядам кодов. При этом формируются предварительные провалы в боковых лепестках ДНА с минимальным влиянием на форму основного лепестка (фиг.6). Эти провалы в дальнейшем углубляются с помощью многоканального автокомпенсатора, который обеспечивает требуемое подавление помех после реализации генетического алгоритма.Using the genetic algorithm, the control of the digital phase shifters used for electronic scanning of the bottom of the radar is performed only on the lower bits of the codes. In this case, preliminary dips are formed in the side lobes of the bottom with a minimal effect on the shape of the main lobe (Fig.6). These dips are further deepened with the help of a multi-channel auto-compensator, which provides the required interference suppression after the implementation of the genetic algorithm.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого изобретения.Figure 1 presents a block diagram of the invention.
На фиг.2 - выполнение операций в соответствии с генетическим алгоритмом.Figure 2 - operations in accordance with the genetic algorithm.
На фиг.3 - вид матрицы MxNP и вектора выходных мощностей.Figure 3 is a view of the matrix M x NP and the vector of output powers.
На фиг.4 - вид ранжированной матрицы.Figure 4 is a view of a ranked matrix.
На фиг.5 - операция формирования новых весовых коэффициентов.Figure 5 - the operation of forming new weights.
На фиг.6 - диаграмма направленности, исходная и после автокомпенсации.Figure 6 - radiation pattern, the original and after auto-compensation.
На фиг.7 - временные уровни шумовых реализации в основном приемном канале РЛС.Figure 7 - temporal levels of noise implementation in the main receiving channel of the radar.
На фиг.1 использованы следующие обозначения:In figure 1, the following notation is used:
1 - антенная решетка (АР);1 - antenna array (AR);
2 - цифровые фазовращатели;2 - digital phase shifters;
3 - ДОС основного приемного канала;3 - DOS of the main receiving channel;
4 - ДОС компенсационных приемных каналов;4 - DOS compensation receiving channels;
5 - вычислительное устройство, реализующее генетический алгоритм (GA), далее - вычислительное устройство;5 - computing device that implements the genetic algorithm (GA), then - computing device;
6 - многоканальный автокомпенсатор.6 - multi-channel auto-compensator.
Предлагаемая система защиты импульсных РЛС от АШП состоит из антенной решетки 1, управляемых цифровых фазовращателей 2, ДОС основного приемного канала 3, ДОС компенсационных приемных каналов 4, вычислительного устройства 5, реализующего генетический или любой другой алгоритм фазового синтеза нуля, и многоканального автокомпенсатора 6, реализованного программным с помощью вышеуказанного вычислительного устройства 5 или аппаратным способом. Первый выход антенной решетки 1 соединен с цифровыми фазовращателями 2, второй ее выход - с ДОС приемных компенсационных каналов 4. Выход цифровых фазовращателей 2 соединен с входом ДОС основного приемного канала 3, а ее выход - с входом вычислительного устройства 5 и первым входом многоканального автокомпенсатора 6. Выход вычислительного устройства 5 соединен со вторым входом цифровых фазовращателей 2. Выход диаграммообразующей системы компенсационных приемных каналов 4 соединен со вторым входом многоканального автокомпенсатора 6, выход которого является выходом всей системы защиты.The proposed system for protecting pulsed radars from the ACP consists of an
Заявляемая система защиты от АШП работает следующим образом. Сигналы активных шумовых помех, принятые антенной решеткой 1, поступают на цифровые фазовращатели 2 и на ДОС компенсационных приемных каналов 4. С цифровых фазовращателей 2 сигналы подаются на ДОС основного приемного канала 3, с которого, оцифрованные и усиленные, поступают на вычислительное устройство 5 и на первый вход многоканального автокомпенсатора 6.The inventive system of protection against ACP works as follows. The active noise interference signals received by the
В вычислительном устройстве 5 в период настройки вырабатываются весовые коэффициенты, которые запоминаются на тактовый период, и с его первого выхода поступают на младшие разряды кодов управления цифровыми фазовращателями 2 (вход 2, вход управления) с целью создания предварительных провалов в боковых лепестках ДНА в направлении действия АШП. С цифровых фазовращателей 2 сигнал с предварительными провалами в боковых лепестках, т.е. с ослабленной помехой, снова поступает на ДОС основного приемного канала 3, а с ее выхода - на вход вычислительного устройства 5 и на первый вход многоканального автокомпенсатора 6, на второй вход которого поступают сигналы с ДОС компенсационных приемных каналов 4 для дальнейшей автокомпенсации. В многоканальном автокомпенсаторе предварительные провалы в боковых лепестках ДНА углубляются, и общее подавление АШП (данные по результатам моделирования) становится гарантированной величиной, равной 35-40 дБ (фиг.7).In the
Генетический алгоритм работает следующим образом. Первой операцией алгоритма является формирование в вычислительном устройстве 5 матрицы MxNP из случайных "0" и "1", составляющих коды управления цифровыми фазовращателями (фиг.2). Далее производится последовательная установка цифровых фазовращателей 2 в соответствии со случайными кодами каждой строки матрицы и соответственное измерение выходной мощности сигналов АШП, поступающих с ДОС основного приемного канала 3. В вычислительном устройстве 5 по результатам измерений составляется вектор выходных мощностей (фиг.3), который ранжируется по увеличивающейся выходной мощности помех, и в соответствии с этим составляется ранжированная матрица выходных мощностей (фиг.4). Следующим шагом (фиг.5) в соответствии с генетическим алгоритмом является отбрасывание половины тех строк, которым соответствует максимальная выходная мощность (фиг.3). Затем в качестве "родителей" случайным образом выбираются две строки для создания двух кодовых строк в результате обмена частью кодов, объем части кодов выбирается случайно, и т.д. до образования нового "потомства" (строк) в обмен отброшенного старого. После этого процесс повторяется сначала.The genetic algorithm works as follows. The first operation of the algorithm is the formation in the
Основным критерием окончания процесса является минимальная выходная мощность сигнала помехи на выходе ДОС основного приемного канала.The main criterion for ending the process is the minimum output power of the interference signal at the output of the DOS of the main receiving channel.
Многоканальный автокомпенсатор может быть реализован программно или аппаратно. Для примера рассмотрим многоканальный автокомпенсатор, реализованный программно и работающий по алгоритму прямого вычисления вектора весовых коэффициентов в соответствии с формулой Винера-Хопфа. На этот весовой коэффициент затем умножают сигналы, принимаемые компенсационными каналами. Вектор весовых коэффициентов определяется по формуле (1), которую в развернутом виде можно представить какA multi-channel auto-compensator can be implemented in software or hardware. As an example, consider a multi-channel auto-compensator, implemented in software and working according to the algorithm of direct calculation of the vector of weight coefficients in accordance with the Wiener-Hopf formula. The signals received by the compensation channels are then multiplied by this weighting factor. The vector of weights is determined by the formula (1), which in expanded form can be represented as
Следует отметить, что использование только алгоритма фазового синтеза нуля, GA или любого другого, без применения многоканального автокомпенсатора, как показало моделирование, не дает стабильного результата подавления АШП и носит случайный характер, особенно при наличии нескольких помех в одной и той же помеховой ситуации. Разбросы величин подавления могут быть различными, но в среднем генетический алгоритм гарантирует подавление помех на 10-15 дБ.It should be noted that using only the phase synthesis algorithm of zero, GA, or any other, without the use of a multi-channel auto-compensator, as the simulation showed, does not give a stable result of suppressing the ACP and is random in nature, especially when there are several interference in the same interference situation. The spread of the suppression values can be different, but on average the genetic algorithm guarantees suppression of interference by 10-15 dB.
Кроме того, известно, что любые автокомпенсаторы, ввиду конечности их постоянной времени, плохо работают или практически не работают при нестационарной помехе. В предлагаемой системе защиты импульсных РЛС от АШП применение генетического алгоритма позволяет подавлять такие помехи, поскольку критерием работы GA вне зависимости от типа сигнала помехи является минимум выходной мощности этого сигнала на выходе ДОС основного приемного канала.In addition, it is known that any auto-compensators, due to the finiteness of their time constant, work poorly or practically do not work with unsteady interference. In the proposed system for the protection of pulsed radars from an ACW, the use of a genetic algorithm allows you to suppress such interference, since the criterion for the operation of GA, regardless of the type of interference signal, is the minimum output power of this signal at the output of the DOS of the main receiving channel.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102675/09A RU2291459C2 (en) | 2005-02-03 | 2005-02-03 | System of protection of impulse radar stations from active noise interference |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102675/09A RU2291459C2 (en) | 2005-02-03 | 2005-02-03 | System of protection of impulse radar stations from active noise interference |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005102675A RU2005102675A (en) | 2006-07-10 |
RU2291459C2 true RU2291459C2 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=36830527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005102675/09A RU2291459C2 (en) | 2005-02-03 | 2005-02-03 | System of protection of impulse radar stations from active noise interference |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291459C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494412C2 (en) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of protecting radar station from pulse interference and apparatus for realising said method |
RU2586112C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-06-10 | Иван Васильевич Колбаско | Method for radio-electronic protection of ground radar surveillance and device therefor |
RU2739394C2 (en) * | 2018-12-03 | 2020-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Device for adaptive protection of a radar station from active noise interferences with an arbitrary spatial spectrum and a different polarization structure |
-
2005
- 2005-02-03 RU RU2005102675/09A patent/RU2291459C2/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494412C2 (en) * | 2012-01-11 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of protecting radar station from pulse interference and apparatus for realising said method |
RU2586112C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-06-10 | Иван Васильевич Колбаско | Method for radio-electronic protection of ground radar surveillance and device therefor |
RU2739394C2 (en) * | 2018-12-03 | 2020-12-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Device for adaptive protection of a radar station from active noise interferences with an arbitrary spatial spectrum and a different polarization structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005102675A (en) | 2006-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Haupt | Phase-only adaptive nulling with a genetic algorithm | |
CN1202590C (en) | Adaptive array antenna | |
JP2009186465A (en) | Side lobe suppression | |
US6061553A (en) | Adaptive antenna | |
US5592178A (en) | Wideband interference suppressor in a phased array radar | |
US6847327B2 (en) | Base station, base station module and method for direction of arrival estimation | |
RU2291459C2 (en) | System of protection of impulse radar stations from active noise interference | |
US20050169359A1 (en) | Apparatus and method for multi-channel equalization | |
US6946992B2 (en) | Multibeam phased array antenna | |
CN112269165A (en) | Interference method and system acting on self-adaptive side lobe cancellation system | |
US11152986B2 (en) | Fast spatial search using phased array antennas | |
JP4072149B2 (en) | Distributed aperture antenna device | |
RU2395141C1 (en) | Formation method of directivity diagram in antenna system with electronic control of beam | |
RU2755642C1 (en) | Method for forming highly directional scanning compensation directive patterns in flat phased antenna array with spatial excitation | |
RU2577827C1 (en) | Self-focusing multibeam antenna array | |
RU2014680C1 (en) | Adaptive array | |
RU2609792C1 (en) | Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference | |
RU2349996C1 (en) | Compensating noise suppression method in multichannel antenna system | |
RU2810696C1 (en) | Method for forming compensational directive diagram in a flat antenna array with electronic beam control | |
JP3046949B2 (en) | Transceiver | |
RU2777692C1 (en) | Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference | |
RU2633029C1 (en) | Transmitting adaptive antenna array | |
RU2788820C1 (en) | Method for spatial interference compensation using information about the direction to the signal source | |
RU2788573C1 (en) | Method for adaptive spatio-temporal signal filtering in the antenna array | |
Singh et al. | Beamforming Showing Effect on BER with Change in Antenna Configuration |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |