Method of minimization sidelobes level autocorrelation functions of signals with non-linear frequency modulation

Abstract

EN: Context. At present, when creating new and upgrading existing radar systems, solid-state generator devices are widely used, which imposes certain restrictions on the peak power of probing signals. To overcome this limitation, longer duration signals with internal pulse modulation are used. The main efforts of the researchers are focused on reducing the maximum level of the side lobes of the autocorrelation function of such signals, which, without taking additional measures, has a significant level, which complicates the work of systems for detecting and stabilizing the level of false alarms. Attention is paid to signals with non-linear frequency modulation, which consist of two and three linearly frequency-modulated fragments. The maximum level of the side lobes of such signals depends significantly on the frequency-time parameters of the fragments, and therefore it is very difficult to obtain its stable value. Searching for signals with minimal side lobe level values by optimizing their time-frequency parameters is a difficult task, because changing the parameters of previous signal fragments leads to changes in the parameters of subsequent fragments Objective. The aim of the work is to develop a method for simplifying the search for local minima of the level of side lobes of two- and three-fragment signals with nonlinear frequency modulation by using a modified mathematical model with a whole number of periods of radio oscillations of linear-frequency modulated fragments. Method. The developed method is based on the proposed modification of the mathematical model, which corrects the frequency-time parameters of two- and three-fragment signals with non-linear frequency modulation by modifying the values of the frequency modulation speed while providing an integer number of complete periods of radio frequency oscillations for each of the fragments, which simplifies the process of finding local minima of the level of side lobes. Results. Modification of the initial mathematical model leads to the expansion of the possible range of values of frequency-time parameters, ratios of durations and frequency deviations of linearly-frequency modulated fragments and ensures stability of the mathematical model with a decrease in the maximum level of side lobes of the autocorrelation function. Conclusions. It has been experimentally confirmed that the use of the proposed method of modifying the input frequency-time parameters of signals with non-linear frequency modulation in the vast majority of cases reduces the maximum level of side lobes and simpli-fies the process of finding its local minima. The optimal ratios of durations and deviations of the frequency of the signal frag-ments are determined, subject to these, stable operation of the models is ensured and, in most cases, - less than the value of the maximum level of the side lobes. UK: Актуальність. У теперішній час при створенні нових та модернізації існуючих радіолокаційних систем широко використовуються твердотільні генераторні прилади, що накладає певні обмеження на пікову потужність зондувальних сигналів. Для подолання цього обмеження застосовуються сигнали більшої тривалості з внутрішньо імпульсною модуляцією. Основні зусилля дослідників зосереджуються на зниженні максимального рівня бічних пелюсток автокореляційної функції таких сигналів, який без прийняття додаткових мір має суттєвий рівень, що утруднює роботу систем виявлення та стабілізації рівня хибних тривог. Увагою користуються сигнали з нелінійною частотною модуляцією, які складаються з двох та трьох лінійно-частотномодульованих фрагментів. Максимальний рівень бічних пелюсток таких сигналів суттєво залежить від частотно-часових параметрів фрагментів, а тому дуже складно отримати його стабільне значення. Пошук сигналів з мінімальними значеннями рівня бічних пелюсток шляхом оптимізації їх частотно-часових параметрів є складною задачею, бо зміна параметрів попередніх фрагментів сигналу призводить до змін параметрів наступних фрагментів. Метою роботи є розробка способу для спрощення пошуку локальних мінімумів рівня бічних пелюсток дво- та трифрагментних сигналів з нелінійною частотною модуляцією за рахунок використання модифікованої математичної моделі з цілим числом періодів радіоколивань лінійно-частотномодульованих фрагментів. Метод. Розроблений спосіб спирається на запропоновану модифікацію математичної моделі, яка здійснює коригування частотно-часових параметрів дво- та трифрагментних сигналів з нелінійною частотною модуляцією за рахунок модифікації значень швидкості частотної модуляції при забезпеченні цілого числа повних періодів радіочастотних коливань для кожного з фрагментів, що спрощує процес знаходження локальних мінімумів рівня бічних пелюсток. Результати. Модифікація початкової математичної моделі призводить до розширення можливого діапазону значень частотно-часових параметрів, співвідношень тривалостей та девіацій частоти лінійно-частотномодульованих фрагментів та забезпечує стійкість роботи математичної моделі при зниженні значення максимального рівня бічних пелюсток автокреляційної функції. Висновки. Експериментально підтверджено, що використання запропонованого способу модифікаціїї вхідних частотно-часових параметрів сигналів з нелінійною частотною модуляцією у переважній більшості випадків забезпечує зниження максимального рівня бічних пелюсток та спрощує процес знаходження його локальних мінімумів. Визначено оптимальні співвідношення тривалостей та девіацій частоти фрагментів сигналу, при дотриманні таких забезпечується стійка робота моделей та у більшості випадків – менше значення максимального рівня бічних пелюсток.