ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 2
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.2.11
УДК 621.396.96:621.26
АНАЛИЗ влияниЯ быстрых и медленных мультипликативных помех НА Искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник»
В. М. Артюшенко 1, В. И. Воловач 2
1 Технологический университет, 141070, Московская область, г. Королев, ул. Гагарина, 42
2 Поволжский государственный университет сервиса, 445017, Самарская область, г. Тольятти, ул. Гагарина, 4
Статья поступила в редакцию 16 февраля 2021 г.
Аннотация. Произведен анализ влияния быстрых и медленных мультипликативных помех на искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник» в условиях сглаживающего действия приемника и с учетом времени относительного запаздывания от элементов решетки. Получены выражения для мгновенных диаграмм направленности системы «решетка-приемник» при отсутствии и при наличии мультипликативных помех. Показано, что при воздействии мультипликативных помех диаграмма направленности системы «решетка-приемник» получается путем усреднения мгновенной диаграммы направленности решетки на интервале времени, равном длительности сигнала. Рассмотрено влияние периодических мультипликативных помех на искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник». Показано, что для всех сигналов, кроме частотно-модулированных, выражение диаграммы направленности максимизируется в момент времени t0=0. Также показано, что искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник» при воздействии периодической мультипликативной помехи будут меньше, чем для отдельно рассматриваемой фазированной антенной решетки. Определена степень уменьшения искажений от сглаживающего действия согласованного фильтра приемника; причем искажения тем меньше, чем больше отношение ширины спектра функции помеховой модуляции к ширине спектра сигнала. Осуществлен анализ влияния флуктуационных мультипликативных помех на искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник» для случая согласованного с сигналом фильтра приемника. Определена средняя диаграмма направленности системы «решетка-приемник» по мощности через энергетический спектр функции помеховой модуляции. Отмечается, что мультипликативные помехи при прочих равных условиях оказывают меньшее влияние на диаграмму направленности системы «решетка-приемник» при использовании широкополосных импульсных сигналов без внутриимпульсной модуляции и при одинаковой временной разрешающей способности по дальности. Отмечается, что при глубоких фазовых искажениях для решеток с фазовращателями искажения диаграммы направленности системы «решетка-приемник», вызываемые мультипликативными помехами, значительно больше тех искажений, которые связаны с конечностью ширины спектра сигнала. Одновременно сглаживающее действие приемника уменьшает расширение главного лепестка диаграммы направленности, вызываемое мультипликативными помехами. Получено выражение для средней мощности диаграммы направленности системы «решетка-приемник» при нормально распределенных фазовых искажениях сигнала. Осуществлена количественная оценка влияния длительности сигнала на искажения диаграммы направленности, вызываемые мультипликативными помехами.
Ключевые слова: фазированная антенная решетка, быстрая мультипликативная помеха, медленная мультипликативная помеха, диаграмма направленности, система «решетка-приемник», функция помеховой модуляции, фазовый сдвиг.
Abstract. The effect of fast and slow multiplicative noise on the distortion of the beam pattern of the «array-receiver» system in the conditions of the smoothing effect of the receiver and taking into account the time of relative lag from the grating elements was analyzed. Expressions are obtained for instantaneous beam patterns of the «array-receiver» system in the absence and presence of multiplicative noise. It is shown that in the case of action of multiplicative noise the beam pattern of the «array-receiver» system is obtained by averaging the instantaneous pattern on the grating correctness at a time interval equal to the signal duration. Influence of periodic multiplicative noise on distortion of beam pattern of system «array-receiver» is investigted. It is shown that for all signals except frequency-modulated, the beam pattern expression is maximized at the time t0=0. It is also shown that the beam pattern distortion of the «array-receiver» system when exposed to periodic multiplicative noise is less than for the separately considered phased antenna array. The degree of reduction of distortion from smoothing action of matched receiver filter is determined; and the distortion is less, the greater the ratio of the spectrum width of the noise modulation function to the signal spectrum width. Analysis of the influence of fluctuation multiplicative noise on the distortion of beam pattern of «array-receiver» system for the case of matching with signal of receiver filter is performed. The power-average beam pattern of the «array-receiver» system is determined through the energy spectrum of the noise modulation function. It is noted that multiplicative noise, all other things being equal, has less effect on the beam-receiver pattern of the system when using broadband pulse signals without intra-pulse modulation and at the same time resolution in range. It is noted that in case of deep phase distortions for gratings with reversible phases, the distortion of the beam pattern of the «array-receiver» system caused by multiplicative noise is significantly more than those distortions associated with the extremity of the signal spectrum width. The newly smoothing effect of the receiver reduces the expansion of the beam lobe caused by multiplicative noise. An expression is obtained for the average power of the beam pattern of the «array-receiver» system with normally distributed phase distortions of the signal. The effect of the signal duration on beam distortions caused by multiplicative noise was quantified.
Key words: phased antenna array, fast multiplicative noise, slow multiplicative noise, beam pattern, grating-receiver system, noise modulation function, phase shift.
Литература
1. Бененсон Л.С., редактор. Антенные решетки. Обзор зарубежных работ. Москва, Сов. Радио. 1966. 368 с.
2. Brown W.M., Palermo C.J. Effect of Phase Errors on Resolution. IEEE Trans. on Military Electronics. 1965. Vol.9. No.1. P.4-9. https://doi.org/10.1109/TME.1965.4323169
3. Кремер И.Я., Владимиров В.И., Карпухин В.И. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов. Москва. Сов. Радио. 1972. 480 с.
4. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники; 3-е изд., перераб. и доп. Москва, Радио и связь. 1989. 656 с.
5. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи. Т. 1, 2. Пер. с англ. Под ред. Левина Б.Р. Москва, Сов. Радио. 1961, 1962. 782 с., 831 c.
6. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. Москва, Радио и связь. 1982. 624 с.
7. Richards M.A. Fundamentals of Radar Signal Processing. 2nd ed. McGraw-Hill Education. 2005. 539 p.
8. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Анализ влияния флуктуационных модулирующих помех на статистические характеристики распределения выходного сигнала линейного фильтра. Журнал радиоэлектроники. [электронный журнал]. 2020. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.7.12
9. Artyushenko V. M., Volovach V. I. Statistical Characteristics of the Signal Distribution at the output of the Linear Filter in the Presence of Fluctuating Modulating Noise. 2020 Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies (MWENT). Proceedings. National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia, March 11–13, 2020. https://doi.org/10.1109/MWENT47943.2020.9067454
10. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Анализ характеристик фазированных и синтезированных антенных решеток при воздействии мультипликативных помех. VII Всероссийская Микроволновая конференция. Сборник трудов. Москва, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. 25-27 ноября 2020 г. С. 149-153.
11. Шифрин Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Сов. радио, 1970. 384 с.
12. Artyushenko V. M., Volovach V. I. Distortion of the Radiation Pattern of the «Array-Receiver» System Exposed to Fast and Slow Multiplicative Noise. 2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). Proceedings. Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electonics of RAS, Moscow, Russia. November 25–27, 2020. https://doi.org/10.1109/RMC50626.2020.9312345
13. Акимов П.С., Бакут П.А., Богданович В.А. и др. Теория обнаружения сигналов. Москва, Радио и связь.1984. 440 с.
14. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. Москва, Радио и связью. 1981. 416 с.
15. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Обнаружение сигналов при воздействии мультипликативных помех на фоне аддитивного шума. Журнал радиоэлектроники. [электронный журнал]. 2020. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.7.13
16. Фалькович С. Е. Прием радиолокационных сигналов на фоне флюктуационных помех. Москва, Сов. Радио. 1961. 311 с.
17. Хелстром К. Статистическая теория обнаружения сигналов. Москва, Иностранная литература. 1963. 432 с.
Для цитирования:
Артюшенко В.М., Воловач В.И. Анализ влияния быстрых и медленных мультипликативных помех на искажения диаграммы направленности системы "решетка-приемник". Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.2.11