Способ адаптивного обнаружения радиолокационного сигнала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ АДАПТИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Седышев Сергей Юрьевич Калютчик Виталий Степанович Гуцев Роман Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Способ адаптивного обнаружения радиолокационного сигнала, характеризующийся тем, что принятый сигнал в течениепериодов повторения, где- число когерентно накапливаемых импульсов, записывают в соответствующие ячейки двумерного буфера памяти размерностью, где- общее количество элементов разрешения по дальности, оценивают в скользящем по упомянутым элементам окне среднюю мощность смеси- сигнал в 0-м элементе разрешения по дальности в -м периоде повторения, и среднюю мощность шума 0 по формуле 1 2 0,0 ,21 где 2 - количество ячеек скользящего окна оценки 13893 1 2010.12.30,0 - сигнал в элементах разрешения по дальности в 0-м периоде повторения, вычисляют адаптивный порог обнаружениясогласно критерию минимума среднего риска по формуле где 0 - весовой коэффициент, рассчитываемый по заданной условной вероятности ложных тревог, сравнивают каждый записанный в соответствующую ячейку упомянутого буфера памяти сигнал с адаптивным порогом обнаруженияи при превышении сигналом упомянутого порога принимают решение об обнаружении полезного сигнала, характеризующего наличие цели. Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиолокации, и может быть использовано для обнаружения сигнала в приемных устройствах радиолокационных обнаружителей. Известен способ обнаружения сигнала 1, включающий прием радиолокационным приемником отраженного сигнала и его сравнение с фиксированным порогом обнаружения. Недостатком известного способа является увеличение вероятности ложных тревог с увеличением дисперсии шума 2, С. 6. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ адаптивного обнаружения сигнала 2, С. 22, в котором на основе принятого радиолокационным приемником отраженного сигнала оценивают среднюю мощность шума в скользящем по элементам дальности окне оценки, вычисляют адаптивный порог обнаружения согласно критерию Немана-Пирсона и сравнивают принятый сигнал с адаптивным порогом обнаружения. Недостатком этого способа являются потери в пороговом отношении сигнал/шум при обнаружении сигнала на фоне стационарного шума, зависящие от размера скользящего окна. Задачей изобретения является уменьшение потерь в пороговом отношении сигнал/шум при обнаружении сигнала на фоне стационарного шума. Техническим результатом осуществления способа является выигрыш в пороговом отношении сигнал/шум на 3-5 дБ для вероятностей ложной тревоги лт 10-3-10-6 на фоне стационарного шума. Поставленная задача при осуществлении способа решается таким образом, что в способе адаптивного обнаружения радиолокационного сигнала, характеризующегося тем, что принятый сигнал в течениепериодов повторения, где- число когерентно накапливаемых импульсов, записывается в соответствующие ячейки двумерного буфера памяти размерностью, где- общее количество элементов разрешения по дальности, оценивают в скользящем по упомянутым элементам окне среднюю мощность смеси сигнала с 10 ,,1 где 0 , - сигнал в 0 -м элементе разрешения по дальности в -м периоде повторения, и среднюю мощность шумапо формуле 0 13893 1 2010.12.30 21 0,0 ,21 где 2 - количество ячеек скользящего окна оценки 0 , - сигнал в элементах разрешения по дальности в 0-м периоде повторения, вычисляют адаптивный порог обнаружениясогласно критерию минимума среднего риска по формуле где 0 - весовой коэффициент, рассчитываемый по заданной условной вероятности ложных тревог, сравнивают каждый записанный в соответствующую ячейку упомянутого буфера памяти сигнал с адаптивным порогом обнаруженияи при превышении сигналом упомянутого порога принимают решение об обнаружении полезного сигнала, характеризующего наличие цели. На фиг. 1 приведена структурная схема, реализующая заявляемый способ. Обозначения на фиг. 1 следующие 1 - двумерный буфер памяти 2 - устройство оценки средней мощности шума 3 - устройство оценки средней мощности смеси сигналшум 4 - устройство вычисления порога обнаружения 5 - устройство сравнения. На фиг. 2 изображена структура двумерного буфера памяти. Обозначения на фиг. 2 следующие- число периодов повторения- число элементов разрешения по дальности (ячеек)0 , - сигнал в тестируемой ячейке буфера памяти-1,0,1,0 - сигналы в неиспользуемых ячейка буфера памяти получения оценки средней мощности шума 0 0,-2, 0,-1, 0,0, 0,2 сигналы в ячейках буфера памяти, используемые для по лучения оценки средней мощности смеси сигналшум. 1 На фиг. 3 и фиг. 4 представлены характеристики обнаружения, полученные имитационным моделированием в среде символьных вычислений 2001 для вероятностей ложной тревоги лт 10-3 и лт 10-6 соответственно, на фоне стационарного шума. Обозначения на фиг. 3 и фиг. 4 следующие- вероятность правильного обнаружения- отношение сигнал/шум зс - вероятность правильного обнаружения заявляемого способа с.пр - вероятность правильного обнаружения способа-прототипа 0,5 - разность в пороговом отношении сигнал/шум по уровню вероятности правильного обнаружения, равному 0,5. Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Для обнаружения сигнала в 0-м элементе разрешения по дальности сигнал, присутствующий в этом элементе, необходимо сравнить с порогом обнаружения, вычисленным согласно критерия минимума среднего риска 0 где 0 - сигнал в 0-м элементе разрешения по дальности- порог обнаружения, оптимальный по критерию минимума среднего риска,- решения о наличии или от 0 сутствии сигнала соответственно. Номер элемента разрешения по дальности соответствует номеру ячейки буфера памяти. Оптимальный по критерию минимума среднего риска порог обнаружения получим из выражения для среднего риска 3(2)00( 0 )10 ( 0 )01(1 )11(1 ) ,где (0), (1) - априорные вероятности отсутствия и наличия цели- стоимость реше нияпри условии (,0,1)1(1 1 ) - условная вероятность правильного об наружения 1(10 ) - условная вероятность ложной тревоги- условная вероятность пропуска цели- условная вероятность правильного необнаружения(0,1) - гипотезы об отсутствии цели и ее наличии(0,1) - решения об отсут ствии цели и ее наличии. Перепишем выражение (2) в виде 00(0)(1-)10(0)01(1)(1-)11 (1),(3) раскроем скобки и приведем подобные. Тогда(4)10-00(0)-01-11 Р(А 1)00 Р(А 0)01(1). Условные вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения являются функциями порога обнаружения В выражении (5) п, сп - плотности распределения вероятностейна выходе устройства обработки при отсутствии и наличии полезного сигнала. Средний риск также зависит от порога обнаружения(6) Порог обнаружения , который минимизирует выражение (6), будет оптимальным по критерию минимума среднего риска. Для нахождения оптимального порога обнаружения необходимо продифференцировать выражение (6) пои решить уравнение/-10-00(0)п 01-11(1)сп 0. Таким образом, для нахождения оптимального порога необходимо решить уравнение(8) 0 псп относительно , где 0(10 -00)Р(0)/(01-11)Р(А 1) - весовой множитель. При когерентной междупериодной обработке и квадратичном детектировании предпороговая статистика описывается экспоненциальной плотностью вероятности отсчетов сигнала 4( )(1 / ) (/ ),(9) где- среднее значение . Введем плотности распределения вероятностей 4 где 0 - среднее значение мощности шума, а 1 - среднее значение мощности смеси сигналшум в проверяемом элементе разрешения. Подставим (10) в (8) 0 / 0 (/ 0 )1 / 1 (/ 1 ),(11) и решим уравнение (11) относительно . Решение уравнения имеет вид Для вычисления выражения (12) найдем оценкии. 1 При числе когерентно накапливаемых импульсовоценка средней мощности смеси сигналшум для 0-го элемента разрешения по дальности в 0-м периоде повторения при экспоненциальной предпороговой статистике определяется средним значением сигнала в 0-м элементе разрешения по дальности запериодов повторения 1 10 , ,(13)1 где- номер периода повторения,0 , - сигнал в 0-м элементе разрешения по дальности в -м периоде повторения. Оценка средней мощности шумадля-го элемента разрешения по дальности по 0 лучается усреднением шумового сигнала вэлементах разрешения по дальности слева иэлементах разрешения справа относительно 0-го элемента разрешения в 0-м периоде повторения 2, С. 22 1 2(14), 0 ,21 где, 0 - сигнал в элементах разрешения дальности в 0-м периоде повторения, предназначенный для оценки средней мощности шума, 2 - число ячеек скользящего окна,предназначенных для оценки средней мощности шума. Для исключения влияния боковых лепестков сигнала, прошедшего внутрипериодную обработку, на оценку средней мощности шума элементы разрешения с номерами (-1) и (1) в 0-м периоде повторения для получения оценки средней мощности шума не используются. На фиг. 2 показано размещение ячеек в буфере памяти, которые используются для оценки средней мощности шума и средней мощности смеси сигналшум. Таким образом, заявляемый способ обнаружения сигнала предполагает под собой вычисление оценок средней мощности смеси сигналшум (13), средней мощности шума(14), вычисление порога обнаружения согласно критерию минимума среднего риска (12) и сравнение сигнала в тестируемой ячейке буфера памяти с порогом обнаружения (1). Способ может быть практически реализован с помощью схемы, представленной на фиг. 1. Сигнал с выхода квадратичного детектора устройства когерентной междупериодной обработки в течениепериодов повторения записывается в ячейки двумерного буфера памяти 1 размерностью, где- общее число элементов разрешения по дальности. Номера ячеек буфера памяти 1 соответствуют номерам элементов разрешения по дальности, с которых принимается и в последствии записывается сигнал в -м периоде повторения. Для обнаружения сигнала в 0-й ячейке буфера памяти 1 в 0-м периоде повторения сигналы сячеек буфера памяти 1, находящихся слева, и сячеек буфера памяти 1,находящихся справа от 0-й ячейки буфера памяти 1, 0-го периода повторения поступают на устройство оценки средней мощности шума 2. Сигнал с 0-й ячейки буфера памяти 13893 1 2010.12.30 1 запериодов повторения поступает на устройство вычисления средней мощности смеси сигналшум 3. Сигнал с выхода устройства оценки средней мощности шума 2 и сигнал с выхода устройства оценки средней мощности смеси сигналшум 3 поступают соответственно на первый и второй входы устройства вычисления порога обнаружения 4. Сигнал с выхода устройства вычисления порога обнаружения 4 поступает на первый вход устройства сравнения 5, на второй вход которого поступает сигнал с 0-й ячейки буфера памяти 1 0-го периода повторения. При превышении сигналом на втором входе сигнала на первом входе устройства сравнения 5 вырабатывается сигнал логической единицы, что соответствует решению об обнаружении сигнала А 1 согласно формуле (1), в обратном случае на выходе устройства сравнения 5 будет присутствовать сигнал логического поля,что соответствует решению об отсутствии сигнала 0 в 0-й ячейке буфера памяти 1 0 го периода повторения. На фиг. 3 и фиг. 4 представлены характеристики обнаружения сигнала на фоне стационарного шума для способа-прототипа с.пр и заявляемого способа зс. Они показывают,что применение заявляемого способа обеспечивает выигрыш в пороговом отношении сигнал/шум. Таким образом, расчет адаптивного порога обнаружения, согласно критерию минимума среднего риска, используя результаты оценки средней мощности смеси сигналшум и средней мощности шума, расширяет технические возможности способа-прототипа за счет выигрыша в пороговом отношении сигнал/шум на 3-5 дБ для вероятностей ложных тревог лт 10-3-10-6. Источники информации 1. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и РЭБ. Ч. 1. Основы радиолокации - . Воениздат, 1983. - С. 277. 2. . .. -, 1993. - . 6, 22. 3. Седышев С.Ю. Оптимизация принятия решения по критерию минимума среднего риска // Прикладная радиоэлектроника. - 2005. -4. Т. 4. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.