Assessment of the quality of detection of a radar signal with nonlinear frequency modulation in the presence of a non-stationary interfering background

Abstract

EN: Context. Signals with long duration frequency modulation are widely used in radar, which allows increasing the radiated energy without degrading the range resolution and with peak power limitations. Increasing the product of the spectrum width by the radio pulse duration causes the passive interference zone to stretch out from the range, which leads to an interference with a more uniform intensity distribution in space and reduces the potential signal detection capabilities. Real passive obstacles have a non-stationary power distribution in space elements, so the signal reflected from the target can be detected in the gaps of passive obstacles or in areas with a lower level of them, provided that it is assessed (mapping of obstacles) and the detection threshold is adaptively set by space elements. Therefore, it is relevant to conduct research to assess the quality of detection of signals reflected from airborne targets depending on the level of non-stationarity of the interference background. Objective. The aim of this work is to develop a methodology for assessing the influence of the level of the side lobes of signal correlation functions on the quality indicators of their detection in the presence of a non-stationary interference background of different intensity. Method. The quality indicators of detection of frequency-modulated signals were studied. The problem of assessing the influence of the level of the lateral lobes of the correlation function on the quality indicators of signal detection against a non-stationary passive interference was solved by determining the parameters of the generalised gamma power distribution of such an interference, depending on the shape of the autocorrelation function of the signal. Results. It is determined that for a high level of non-stationarity of the initial interference process for all signal models, the potential gain is almost the same and has a maximum value. In the case of reducing the level of non-stationarity of this process, the gain decreases. The traditional linear-frequency modulated signal gives a slightly worse result compared to nonlinear-frequency modulated signals. For all the studied frequency modulation laws, the gain is more noticeable when the requirements for signal detection quality are reduced. Conclusions. A methodology for estimating the quality indicators of detecting echo signals on an interfering background with varying degrees of non-stationarity is developed. To improve the energy performance of detecting small-sized airborne objects against the background of non-stationary passive interference, it is advisable to use signals with nonlinear frequency modulation and reduce the probability of correct target detection. UK: Актуальність. В радіолокації широке застосування знайшли сигнали з частотною модуляцією великої тривалості, що дозволяє без погіршення роздільної здатності за дальністю збільшити випромінювану енергію при обмеженнях на пікову потужність. Збільшення добутку ширини спектру на тривалість радіоімпульсу викликає розтягування зони пасивних перешкод з дальності, що призводить до появи перешкоди з більш рівномірним розподілом інтенсивності у просторі та знижує потенційні можливості з виявлення сигналу. Реальні пасивні перешкоди мають нестаціонарний розподіл потужності в елементах простору, за таких умов відбитий від цілі сигнал можна виявляти у розривах пасивних перешкод або на ділянках з меншим їх рівнем за умови його оцінювання (ведення карти перешкод) та адаптивного встановлення порогу виявлення за елементами простору. Тому є актуальним проведення досліджень з оцінки якості виявлення відбитих від повітряних цілей сигналів у залежності від рівня нестаціонарності перешкодового фону. Метою роботи є розробка методики для оцінки впливу рівня бічних пелюсток функцій кореляції сигналів на показники якості їх виявлення при наявності нестаціонарного перешкодового фону різної інтенсивності. Метод. Досліджувалися показники якості виявлення частотно-модульованих сигналів. Задачу оцінки впливу рівня бічних пелюсток функції кореляції на показники якості виявлення сигналів на фоні нестаціонарної пасивної перешкоди вирішено шляхом визначення параметрів узагальненого гама-розподілу потужності такої перешкоди в залежності від форми автокореляційної функції сигналу. Результати. Визначено, що для високого рівня нестаціонарності початкового перешкодового процесу для усіх моделей сигналів потенційний виграш майже однаковий та має максимальне значення. У разі зниження рівня нестаціонарності цього процесу виграш зменшується. Традиційний лінійно-частотно модульований сигнал дає у порівнянні з нелінійно-частотно модульованими сигналами дещо гірший результат. Для всіх досліджених законів частотної модуляції виграш більш відчутний за зниження вимог до показників якості виявлення сигналу. Висновки. Розроблено методику оцінки показників якості виявлення луна-сигналів на перешкодовому фоні з різним ступенем нестаціонарності. Для покращення енергетичних показників виявлення малорозмірних повітряних об’єктів на фоні нестаціонарних пасивних перешкод доцільно застосовувати сигнали з нелінійною частотною модуляцією та знижувати значення ймовірності правильного виявлення цілей.