The reserves for improving the efficiency of radar mti system with burst-to-burst probing pulse repetition frequency stagger

Abstract

EN: Context. The development and improvement of technologies for creating unmanned aerial vehicles (UAVs) and their use in the military conflicts, particularly in the war in Ukraine, pose the task of effectively counteraction to UAVs. The most difficult targets for radar detection are small, low-speed UAVs flying at low altitudes. Therefore, the search for efficient methods of detecting, tracking, and identifying UAVs using both existing and new promising tools is a relevant task for scientific research. Objective. The analysis of the operation algorithm of the moving target indication (MTI) system based on the discrete Fourier transform in radars with burst-to burst probing pulse repetition frequency stagger and to propose the modernisation of the MTI system to increase the efficiency of UAV detection against passive interferences Method. The effectiveness of the methods is determined experimentally based on the results of simulation and their comparison with known results presented in the open literature. Results. It is shown that in the MTI system with burst-to burst probe pulse repetition frequency stagger, a non-adaptive filter for suppressing reflections from ground clutters (GC) and incoherent energy accumulation of pulses of the input burst are realized. These circumstances cause the losses in the ratio signal/(interference + inner noise). The proposals for improving the efficiency of the MTI system by transition to the construction of the MTI system with the structure “suppression filter and integration filter” are substantiated. They consist in the inclusion of a special filter for suppressing reflections from GC and fully coherent processing of the input burst pulses. The latter is realized by using the standard discrete Fourier transform (DFT) only as a integrating filter with a slight correction of the DFT algorithm. An algorithm for energy accumulation of the burst pulses using the current estimate of the inter-pulse phase incursion of the burst pulses reflected from the target is proposed. It is shown that this accumulation algorithm is close to the optimal one. The effectiveness of these proposals is analyzed in terms of the achievable signal-to-(interference+inner noise) ratio and the detection area compression ratio. It is shown that their implementation potentially leads to an increase in the detection range and an improvement in the measurement of UAV coordinates by about two times. The proposed ways are quite simply realized by digital processing used in this MTI system Conclusions The conducted research is a development of the existing theory and technique of radar detection and recognition of air targets. The scientific novelty of the obtained results is that the algorithms of inter-period signal processing in radar with burst-to burst probing pulse repetition frequency stagger, namely the accumulation of a bust by correcting the algorithm of the standard DFT, have been further developed. The practical value of the research lies in the fact that the implementation of the proposed proposals provides approximately twice the efficiency of detecting the signal reflected from the target, compared to the standard processing device UK: Актуальність. Розвиток і удосконалення технологій створення безпілотних літальних апаратів та їх застосування у військових конфліктах, зокрема у війні в Україні, ставить завдання ефективної протидії їм. Найбільш складними цілями для радіолокаційного виявлення є малорозмірні, малошвидкісні малі безпілотні літальні апарати (БПЛА) , що летять на малих висотах. Тому пошук ефективних способів виявлення, супроводження та ідентифікації БПЛА з використанням як існуючих, так і нових перспективних засобів є актуальним завданням наукових досліджень. Мета. Проаналізувати алгоритм роботи системи селекції рухомих цілей (СРЦ) на пристрої дискретного перетворення Фур’є в радіолокаційних станціях (РЛС) із по – пачковою вобуляцією частоти повторення зондувальних імпульсів і запропонувати модернізацію системи СРЦ для підвищення ефективності виявлення БПЛА на тлі пасивних завад. Метод. Ефективність методів визначається експериментально за результатами імітаційного моделювання та їхнього порівняння з відомими результатами, викладеними у відкритій літературі. Результати. Показано, що в системі СРЦ з по ‒ пачковою вобуляцією частоти повторення зондувальних імпульсів реалізується неадаптивний фільтр придушення віддзеркалень від місцевих предметів і некогерентне накопичення енергії імпульсів пачок імпульсів вхідного пакета. Вказані обставини обумовлюють втрати у відношенні сигнал/( завада + внутрішній шум ). Обґрунтовано пропозиції підвищення ефективності системі СРЦ за рахунок переходу до побудови системи СРЦ за структурою «фільтр придушення + фільтр накопичення». Вони полягають у включенні спеціального фільтра придушення віддзеркалень від місцевих предметів (МП) і повністю когерентну обробку імпульсів вхідного пакета. Останнє реалізується використанням штатного дискретного перетворення Фур’є (ДПФ) лише як фільтра – накопичувача з незначною корекцією алгоритму роботи ДПФ. Запропоновано алгоритм накопичення енергії імпульсів пакета, що використовує поточну оцінку міжімпульсного набігу фази імпульсів пакета, відбитих від цілі. Показано, що такий алгоритм накопичення близький до оптимального. Проаналізовано ефективність вказаних пропозиції за критерієм досяжного відношення сигнал/(завада+внутрішній шум) і коефіцієнта стиску зони виявлення. Показано, що їх реалізація потенціально приводить до збільшення дальності виявлення і покращення виміру координат БПЛА приблизно в 2 рази. Запропоновані шляхи доволі просто реалізуються цифровою обробкою, що використовується в даній системі СРЦ. Висновки. Проведені дослідження є розвитком існуючої теорії й техніки радіолокаційного виявлення і розпізнавання повітряних цілей. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що набули подальшого розвитку алгоритми міжперіодної обробки сигналів в РЛС з по – пачковою вобуляцією частити повторення зондувальних імпульсів, а саме накопичення пакету імпульсів за рахунок корекції алгоритму штатного ДПФ. Практична цінність досліджень полягає в тому, що реалізація запропонованих пропозицій забезпечує приблизно в двічі більшу ефективність виявлення сигналу, відбитого від цілі, у порівнянні з штатним пристроєм обробки.