ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ АКТИВНЫХ ПОМЕХ

PROBLEMS OF DEVELOPMENT OF QUANTUM TECHNOLOGIES IN THE MODERN WORLD

Artem Orekhov

Сadet, Military Academy of Aerospace Defense, Russia, Tver

Grigorov Nikita

Сadet, Military Academy of Aerospace Defense, Russia, Tver

Ganin Ivan

сadet, Military Academy of Aerospace Defense, Russia, Tver

Аннотация. Статья посвящена актуальным вопросам борьбы с активными помехами во время работы радиолокационных станций. Причины возникновения активных помех чаще всего связывают с преднамеренной деятельностью противника по воздействию помехового сигнала на антенну РЛС.

Данные помехи могут значительно ухудшить качество обнаружения и точность измерений координат воздушных целей. Наиболее перспективные методы борьбы: использование MIMO-технологий, использование цифровых антенных решеток, квантовые методы обработки сигналов, интеграция с другими системами, разработка новых алгоритмов, а также самые широкоприменяемые в условиях современной войны: формирование нулей диаграммы направленности в направлении источников помех, применение сложных сигналов, метод перестройки частоты и использование поляризации.

Abstract. The article is devoted to topical issues of combating active interference during the operation of radar stations. The causes of active interference are most often associated with the deliberate activity of the enemy to influence the interference signal on the radar antenna. These interferences can significantly impair the quality of detection and the accuracy of measurements of the coordinates of aerial targets. The most promising methods of fighting are the use of MIMO technologies, the use of digital antenna arrays, quantum signal processing methods, integration with other systems, the development of new algorithms, as well as the most widely used in modern warfare: the formation of radiation pattern zeros in the direction of interference sources, the use of complex signals, the frequency tuning method and the use of polarization.

Ключевые слова: радиолокационная станция, активная помеха, обработка сигналов.

Keywords: radar station, active interference, signal processing.

Обработка сигналов радиолокационных станций (РЛС) в условиях помех является одной из ключевых задач в радиолокации, так как помехи могут значительно ухудшить качество обнаружения и точность измерений. Особенности обработки сигналов в таких условиях включают в себя ряд методов и подходов, направленных на подавление помех и выделение полезного сигнала.

Целесообразным будет понимать какие бывают помехи воздействующие на РЛС: пассивные (отражения от местных предметов, метеообразований; отражения от морской поверхности), активные (умышленные помехи, например от станции РЭБ противника; непреднамеренные помехи от других радиотехнических систем), а также помехи могут рассматривать как собственные шумы РЛС (тепловые шумы и шумы вызванные не идеальностью аппаратуры).

Конкретно активные помехи могут быть: заградительные помехи —генерируют широкополосный шум в полосе частот РЛС, маскируя полезный сигнал; запоминающие помехи — принимают сигнал РЛС, задерживают его и переизлучают с измененными параметрами (частота, время, амплитуда), создают ложные цели. Уводящие помехи — захватывают ворота дальности или скорости РЛС и постепенно уводят их от истинной цели, создавая впечатление ее перемещения.

Наибольшую опасность для работы РЛС сантиметрового (см) и миллиметрового (мм) диапазона длин волн представляют именно активные помехи.  Такие помехи могут быть как узкополосными, так и широкополосными, а также иметь сложную структуру (например, шумовые, импульсные или когерентные помехи).

Существует несколько методов обработки сигналов в условиях активных помех: адаптивная пространственная фильтрация т.е. использование антенных решеток с адаптивными алгоритмами для подавления помех в пространственной области и формирование нулей диаграммы направленности в направлении источника помех, адаптивные системы должны реагировать на изменения своих свойств и внешних воздействий, при этом показатель качества должен достигать экстремального значения или находиться в заданном диапазоне; временная и частотная селекция — применение цифровых фильтров для подавления помех в частотной области или использование методов спектрального анализа для разделения сигналов и помех; временная и частотная селекция — применение цифровых фильтров для подавления помех в частотной области и использование методов спектрального анализа для разделения сигналов и помех; многочастотные и поляризационные методы — использование нескольких частот или поляризаций для снижения влияния помех; статистические методы — применение алгоритмов обнаружения сигналов на фоне помех (критерий Неймана-Пирсона) [2, c 61].

Представленные методы хорошо зарекомендовали себя в радиолокации и являются надежными, но в определенных условиях не позволяют в полной степени гарантировать исключение влияния активной помехи на РЛС: высокая мощность активных помех — активные помехи могут значительно превышать уровень полезного сигнала, что затрудняет их подавление; сложность структуры помех — когерентные и уводящие помехи могут имитировать полезный сигнал, что делает их подавление особенно сложным; вычислительная сложность — многие алгоритмы обработки (например, адаптивные фильтры или методы спектрального анализа) требуют значительных вычислительных ресурсов; нестационарность помех — активные помехи могут изменяться во времени, что требует адаптации алгоритмов в реальном времени; ограничения аппаратуры — качество обработки сигналов зависит от характеристик приемопередающей аппаратуры (динамический диапазон, уровень шумов и т.д.).

В связи с этим существуют перспективные направления обработки сигналов на фоне активных помех: использование MIMO-технологий — применение многоканальных систем с множеством входов и выходов для повышения помехоустойчивости; цифровые антенные решетки (ЦАР) — позволяют осуществлять гибкое управление диаграммой направленности и адаптироваться к условиям помех; квантовые методы обработки сигналов — исследование возможностей квантовых вычислений для повышения эффективности обработки; интеграция с другими системами — совместная обработка данных от РЛС, оптических и инфракрасных систем для повышения точности и надежности; разработка новых алгоритмов — использование методов машинного обучения и искусственного интеллекта для подавления сложных помех.

Важными аспектами при проектировании систем обработки сигналов РЛС в условиях активных помех являются: оценка угроз — необходимо понимать типы помех, которые могут быть использованы против РЛС, и их характеристики.

Адаптивность — система обработки должна быть адаптивной и способной динамически изменять свои параметры в зависимости от типа и интенсивности помех.

Вычислительная мощность — сложные алгоритмы обработки требуют значительной вычислительной мощности.

Реальное время — обработка сигналов должна выполняться в режиме реального времени для обеспечения своевременного обнаружения и сопровождения целей.

Тестирование и оценка — система обработки должна быть тщательно протестирована и оценена в условиях, имитирующих реальные сценарии применения.

Существует широкий спектр методов, используемых для обработки сигналов РЛС в условиях АП. Их выбор зависит от типа помех, характеристик РЛС и доступной вычислительной мощности. 

Радиолокационные системы постоянно совершенствуются в направлении повышения их информативности, помехозащищенности, надежности и живучести. Обработка сигналов РЛС в условиях активных помех требует применения сложных алгоритмов и современных технологий. Успешное подавление помех возможно только при комплексном подходе, включающем как аппаратные, так и программные методы. Развитие технологий цифровой обработки сигналов и машинного обучения открывает новые возможности для повышения помехоустойчивости РЛС [1, c 350].