Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 9 · RADAR INFORMATION METHODS AND ELEMENTS

Peculiarities of structural synthesis of radar information processing algorithms during multi-frequency observation

A.B. Yastrebkov1, S.G. Kozev1

1 A.F. Mozhaysky Military-Space Academy, St. Petersburg, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.9.1 UDC 621.391.26 EDN JFGLVJ

Abstract

Setting and solving the problem of structural synthesis of the algorithm for detecting and measuring parameters of mobile objects against the background of correlated interference and noise in multi-frequency radar surveillance systems based on multibeam digital antenna arrays are considered. The processing algorithm is synthesized under the assumption of Gaussian observation statistics with separate spatial and temporal characteristics of signals and interference. As part of the study, a phenomenological model of the radar situation was developed, adequate to the formation of observations in multi-frequency space-time signal processing systems against the background of correlated interference and noise. On its basis, a structure of an optimal, in terms of Bayesian quality criteria, algorithm for detecting a multi-part signal at the outputs of multipath digital antenna arrays is obtained. On the basis of the adaptive Bayesian approach, ways of solving the problem of detecting and measuring parameters of mobile objects in conditions of multi-frequency observations with parametric a priori uncertainty about interference characteristics are determined. Recommendations on selection of adaptive algorithms for radar information processing in case of non-stationary observations are given. The results of structural synthesis make it possible to present processing in the form of a multichannel system in space, time and radial speed. Sufficient statistics on the set of radiation frequencies are accumulated. This view opens up a wide range of possibilities for using parallel computing systems. It is shown that the obtained algorithms can serve as the basis for detecting the beginning of maneuvering of an observation object at the stage of primary processing of radar information.

  • radar surveillance
  • Multifrequency signals
  • multibeam digital antenna arrays
  • multichannel systems
  • detection-measurement
  • interference
  • adaptation
Аннотация (на русском)

Особенности структурного синтеза алгоритмов обработки радиолокационной информации при многочастотном наблюдении

Рассматриваются постановка и решение задачи структурного синтеза алгоритма обнаружения-измерения параметров подвижных объектов на фоне коррелированных помех и шумов в многочастотных радиолокационных системах наблюдения на базе многолучевых цифровых антенных решеток. Алгоритм обработки синтезирован в предположении гауссовых статистик наблюдения при разделяющихся пространственных и временных характеристиках сигналов и помех. В рамках исследования разработана феноменологическая модель радиолокационной обстановки, адекватная формированию наблюдений в многочастотных пространственно-временных системах обработки сигналов. На основе этой модели получена структура оптимального в смысле байесовских критериев качества алгоритма обнаружения многочастного сигнала, принимаемого на фоне коррелированных помех и шумов применительно к обработке радиолокационных наблюдений на выходах многолучевых цифровых антенных решеток. На базе адаптивного байесовского подхода определены пути решения задачи обнаружения-измерения параметров подвижных объектов в условиях многочастотных наблюдений при параметрической априорной неопределенности о характеристиках помех. Приводятся рекомендации по выбору адаптивных алгоритмов обработки радиолокационной информации в условиях нестационарности наблюдений. Результаты структурного синтеза алгоритма обработки сигналов при многочастотном наблюдении позволяют представить систему обработки радиолокационной информации многоканальной по пространству, времени и радиальной скорости с накоплением результатов обработки по набору частот излучения. Такое представление открывает широкие возможности для использования параллельных вычислительных систем при реализации алгоритмов. Показано, что полученные алгоритмы могут служить основой для обнаружения начала маневрирования объекта наблюдения на этапе первичной обработки радиолокационной информации.

For citation

Yastrebkov A.B., Kozev S.G. Peculiarities of structural synthesis of radar information processing algorithms during multi-frequency observation // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.9.1

References

  1. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции: в 3 т. Том 3. Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гауссовых сигналов на фоне помех / Г. Ван Трис; пер. с англ. под ред. В.Т. Горяинова. - М.: Советское радио, 1977. - 664 с.
  2. Ширман Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.
  3. Обработка сигналов в многоканальных РЛС / А.П. Лукошкин, С.С. Каринский, А.А. Шаталов [и др.]; под ред. А.П. Лукошкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 328 с.
  4. Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию / С.З. Кузьмин. - Киев: КВiЦ, 2000. - 428 с.
  5. Шишов Ю.А. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов / Ю.А. Шишов, В.А. Ворошилов. - М.: Радио и связь, 1987. - 144 с.
  6. Уидроу Б. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз; пер. с англ. под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.
  7. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы / В.И. Джиган. - М.: Техносфера, 2013. - 528 с.
  8. Монзинго Р.А. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию / Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер; пер. с англ. В.А. Лексаченко. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.
  9. Васильев А.В. Сверхширокополосные РЛС на основе многочастотных антенных решеток // Материалы VI общероссийской научно-технической конференции "Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем", Омск, 19-20 апр., 2016 г. / Омский государственный технический университет -2016. - С. 75-85.
  10. Вишин Г.М. Многочастотная радиолокация / Г.М. Вишин. - М.: Военное изд-во Министерства обороны СССР, 1973. - 89 с.
  11. Лабец В.В. Модели сигналов, одновременно излучаемых и принимаемых многочастотными РЛС с ФАР / В.В. Лабец, А.А. Шаталов, В.А. Шаталова // Вестник воздушно-космической обороны. - 2019. - Выпуск № 2 (22). - С.44-51.
  12. Попов Д.И. Анализ оптимальных обнаружителей многочастотных сигналов // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. - 2004. - Том 47, № 10. - С. 75-80. - https://doi.org/10.20535/s0021347004100115
  13. Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989. - 368 с. - ISBN 5-256-00335-6
  14. Richards M.A. Fundamentals of Radar Signal Processing / М.А. Richards. - New York: McGraw-Hill, 2014. - 618 p. - ISBN 0-07-144474-2
  15. Обработка сигналов в радиотехнических системах. / Далматов А.Д., Елисеев А.А. [и др.]; под ред А.П. Лукошкина. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,1987. - 400 с.
  16. Riley K.F. Mathematical methods for physics and engineering / K.F. Riley, M.P. Hobson, S.J. Bence. - New York: Cambridge University Press Collection, 2006. - 1036 p. - https://doi.org/10.1017/CBO9780511810763
  17. Патент № 2619056 Российская Федерация, МПК G01S 13/04 (2006.01), G01S 13/58 (2006.01). Способ обнаружения движущейся цели с различением скоростных и маневренных характеристик №2015143941: заявлено 13.10.2015: опубл. 11.05.2017, бюл.№14 / А.А. Шаталов, А.Б. Ястребков, Д.Н. Самотонин [и др.]; патентообладатель: ФГБУ "ЦНИИ ВВС Минобороны России". - 19 с.
  18. Литвин А.И. Обобщенные кронекеровские произведения матриц / А.И. Литвин, Л.А. Писаренко // Вестник Томского государственного университета. -2003. - № 280 (декабрь): Серия "Математика. Кибернетика. Информатика". - С. 60-64.
  19. Радиолокация сложных целей (разрешение и распознавание) / В.С. Давыдов, А.П. Лукошкин, А.А. Шаталов, А.Б. Ястребков. - СПб.: Янис, 1993. -280 с.
  20. Кузьменков В.Ю. Способы и устройства совместного измерения радиальной дальности и радиального ускорения / В.Ю. Кузьменков, В.М. Логинов // Радиотехника и электроника. - 1997. - Т.42, №12. - С. 1465-1475.