ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. №12
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.12.3

УДК: 621.396.96

 

Угловое сверхразрешение в бортовых радиолокационных системах воздушного базирования

 

А. Р. Ильчук1, Ю. Д. Каргашин1, В. И. Меркулов2, В. С. Чернов2

 

1 АО «НПП «Исток» им. А.И. Шокина», 141190, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а

2 АО «Концерн радиостроения «Вега», 121170, Москва, Кутузовский проспект, 34

 

Статья поступила в редакцию 18 декабря 2021 г.

 

Аннотация. В настоящее время при решении задачи оценивания ситуационной обстановки широко используются бортовые радиолокационные системы, размещаемые на летательных аппаратах. При применении летательных аппаратов могут возникать ситуации, когда в бортовой радиолокационной системе (БРЛС) невозможно осуществить разрешение сигналов воздушных объектов в каналах измерения дальности, скорости и угловых координат. Как правило, проблемы с разрешением возникают при действии преднамеренных помех, создаваемых в процессе ведения радиоэлектронной борьбы противостоящей стороной, а также при наличии в воздушном пространстве групповых целей, достаточно близко расположенных друг относительно друга. В этих ситуациях целесообразным является использование в БРЛС процедур углового оценивания со сверхразрешением. Аналогичные процедуры углового оценивания со сверхразрешением могут применяться в радиолокационных головках самонаведения управляемых ракет «воздух-воздух» и бортовых системах радиотехнической разведки. Известны различные методы и алгоритмы углового оценивания со сверхразрешением, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками и может быть использован в конкретных условиях применения БРЛС. Однако в доступной научно-технической литературе отсутствуют сведения о применяемых в БРЛС алгоритмах углового оценивания со сверхразрешением. Поэтому при создании угломерных устройств перспективных БРЛС целесообразно использовать имеющуюся информацию по методам и соответствующим алгоритмам углового оценивания со сверхразрешением. В то же время при анализе возможностей их практического применения должны быть учтены конструктивные особенности построения антенных систем БРЛС, в которых для уменьшения количества каналов обработки высокочастотных сигналов антенные элементы объединяются в подрешетки. Данное обстоятельство может существенно повлиять на качество и эффективность функционирования угломерных каналов в подобных БРЛС при использовании алгоритмов, разработанных применительно к обработке в них выходных сигналов антенных элементов.

Ключевые слова: угловое оценивание со сверхразрешением, спектральные методы, параметрические методы, бортовая радиолокационная система, антенная решетка, антенный элемент, пространственная корреляционная матрица, подрешетка.

Abstract. In the practical application of aircraft, situations are possible when in the on-board radar system (onboard radar) it is not possible to resolve the signals of radar targets in the channels for measuring range, velocity, and angular coordinates. In these situations, it is expedient to use superresolution angular estimation procedures in the radar. There are various methods and algorithms for angular estimation with superresolution, each of which has its own advantages and disadvantages. At the same time, in the available scientific and technical literature there is no information on the superresolution angular estimation algorithms used in the radar, the knowledge of which is necessary in the design of promising radar. The article systematizes and analyzes methods and algorithms for angular estimation with superresolution. A classification of methods of angular estimation with superresolution is given. Generalized information about known one-dimensional and two-dimensional methods and algorithms of angular estimation is presented. The algorithms proposed for use in planar antenna arrays (ARs), concentric annular antenna arrays, ring antenna arrays, circular four-quadrant ARs, planar ARs with a total output signal are considered. It is noted that among the features of the construction of an on-board radar is the reduction in the total number of information processing channels, achieved by combining antenna elements into subarrays, the output signals of which are used to estimate the angular coordinates of radiation sources. The specificity of such antenna arrays is that the antenna subarrays have directional patterns that are narrower than those of weakly directional antenna elements. In addition, the distance between antenna modules can significantly exceed the distance between antenna elements in a conventional antenna array and, at the same time, significantly exceed the wavelength size. To determine the possibilities of practical application of the algorithms of angular two-dimensional estimation with superresolution in an on-board radar with a modular AA, considered in the article, special studies are required.

Key words: superresolution angular estimation, spectral methods, parametric methods, airborne radar system, antenna array, antenna element, spatial correlation matrix, subarray.

 

Литература

1.     Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Чернов В.С. и др. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития. Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. Москва, Радиотехника. 2003. 416 с.

2.     Дрогалин В.В., Меркулов В.И., Чернов В.С. и др. Алгоритмы оценивания угловых координат источников излучения, основанные на методах спектрального анализа. Зарубежная радиоэлектроника. 1998. №2. С. 3-17.

3.     Коробков М.А., Петров А.С. Методы и алгоритмы пеленга источников радиоизлучения. Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. Т.20. №4. С.3‑32.

4.     Петров А.С., Шауэрман А.К. Спектральные способы оценивания направления источников сигналов в адаптивных АР. Вестник Сибирского ГУТИ. 2011. №2. С.53‑62.

5.     Косяков В.М., Свиридов М.А. Сравнительная оценка методов спектрального анализа по совокупности показателей эффективности. Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. Т.18. №4. С.23‑27.

6.     Сычев М.И. Оценивание числа близко расположенных источников излучения по пространственно-временной выборке. Радиотехника и электроника. 1992. Т.37. №10. С.1807‑1815.

7.     Габриэльян Д.Д., Лысенко А.В. Особенности формирования пеленгационного рельефа плоской антенной решеткой при использовании методов сверхразрешения. Успехи современной радиоэлектроники. 2013. Т.67. №8. С.88‑93.

8.     Sendar O.A. High-Resolution-of-Arrival Estimation via Concentric Circular Arrays. ISRN Signal Processing. 2013. Vol.2013(3). Р.1‑8.

9.     Грешилов П.А., Лебедев А.П., Плохута П.А. Многосигнальная пеленгация источников радиоизлучения на одной частоте как некорректная задача. Успехи современной радиоэлектроники. 2008. №3. С.30‑46.

10. Сафонова А.В. Эффективность алгоритмов оценивания угловых координат источника радиосигнала при различных методах обработки входных реализаций. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. №2. С.54‑60.

11. Нечаев Ю.Б., Макаров Е.С. Повышение точности пеленгации при использовании сверхразрешающих алгоритмов обработки. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4. №4. С.59‑62.

12. Акопян И.Г., Вексин С.И., Чистополов Г.В. Сравнительная оценка методов сверхразрешения, применяемых в радиолокационных головках самонаведения. Сборник докладов юбилейной научно-технической конференции «Авиационные системы в XXI веке». Москва. ФГУП «ГосНИИАС». 2006. С.189‑199.

13. Сергеев Е.Б., Шароборов А.Д., Липкин Л.М., Шадрин В.Д. Исследование эффективности применения алгоритма пространственно-временного оценивания (Prony) при наведении ракет с АРГС на низколетящую цель и цель, ставящую когерентную помеху. Сборник докладов юбилейной научно-технической конференции «Авиационные системы в XXI веке». Москва. ФГУП «ГосНИИАС». 2006. С.210‑215.

14. Сычев М.И. Оценивание угловых координат близко расположенных источников излучения по пространственно-временной выборке. Радиоэлектроника. 1991. №5. С.33‑39.

15. Сычев М.И. Пространственно-временное оценивание угловых координат близко расположенных угловых координат источников излучения. Радиотехника и электроника. 1990. Т.35. №7. С.1504‑1513.

16. Карташов В.М., Корытцев И.В., Олейников В.Н. и др. Алгоритмы пеленгации беспилотных летательных аппаратов по их акустическому излучению. Радиотехника. 2019. Вып.196. С.22‑31.

17. Лаговский Б.А., Самохин А.Б., Самохина А.С. Формирование изображений радиолокационных целей со сверхразрешением алгебраическими методами. Успехи современной радиоэлектроники. 2014. №8. С.23‑27.

18. Лаговский Б.А., Чикина А.Г. Регрессионные методы получения сверхразрешения для групповой цели. Успехи современной радиоэлектроники. 2020. Т.74. №1. С.69‑76.

19. Лаговский Б.А., Шумов И.Ю. Восстановление двумерных изображений источников излучения со сверхразрешением. Антенны. 2013. №4. С.60‑65.

20. Лаговский Б.А. Восстановление изображения групповой цели цифровой антенной решеткой. Антенны. 2011. №2(165). С.40‑46.

21. Чистяков В.А. Сравнительный анализ разрешающей способности методов сверхразрешения MVDR и MUSIC. Молодой ученый. 2020. №16(306). С.165‑168.

22. Сухов И.А., Акимов В.П. Применение алгоритмов «сверхразрешения» к радиопеленгаторной антенной решетке из направленных элементов. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер.: Информатика. Телекоммуникация. Управление. 2013. №4(175). С.41‑46.

23. Шевченко М.Е., Малышев В.Н., Файзуллина Д.Н. Пеленгование источников радиоизлучения в широкой полосе частот с использованием концентрических антенных элементов. Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2018. №6. С.30‑40.

24. Нечаев Ю.Б., Пешков И.В., Аальмуттар Атхеер Ю.О., Аль Хафаджи Сарманд К.Д. Оценка вероятности появления ложных пиков кольцевых и концентрических антенных решеток при радиопеленгации со сверхразрешением. Вестник ВГУ. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2016. №2. С.16‑23.

25. Coates A., Ng A.Y. Learning Feature Representations with K-Means. Neural Networks: Tricks of the Trade. Lecture Notes in Computer Science. 2012. Vol.7700. P.561‑580.

26. Сычев М.И. Оценивание числа и угловых координат близко расположенных источников излучения по пространственно-временной выборке. Радиотехника. 2009. №12. С.64‑73.

27. Сычев М.И. Оценивание числа и угловых координат близко расположенных источников излучения по выборке на выходе АР с нерегулярной структурой. Информационно-измерительные и управляющие устройства. 2011. №2. С.21‑29.

28. Коробков М.А. Комбинированный алгоритм APP/Кейпона для пеленга множественных целей с помощью однородной кольцевой антенной решетки. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. №2. С.28‑33.

29. Порсев В.И., Гелесев А.И., Красько А.Г. Угловое сверхразрешение с использованием «виртуальных» антенных решеток. Вестник Концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2019. №4. С.24‑34.

30. Лаговский Б.А. Угловое сверхразрешение в двумерных задачах радиолокации. Радиотехника и электроника. 2021. №9. С.853‑858.

31. Марпл‑мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. / Под ред. М.С. Рыжика. Москва, Мир.1990. 265 с.

Для цитирования:

Ильчук А.Р., Каргашин Ю.Д., Меркулов В.И., Чернов В.С. Угловое сверхразрешение в бортовых радиолокационных системах воздушного базирования. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.12.3