Журнал "Прикладная радиоэлектроника" 2011 №4


Предисловие редактора выпуска  379

ТЕОРИЯ РЕШЕТЧАТЫХ ФИЛЬТРОВ И ТЕХНИКА ИХ АДАПТИВНОЙ НАСТРОЙКИ

Леховицкий Д.И., Рачков Д.С., Семеняка А.В., Рябуха В.П., Атаманский Д.В. Адаптивные решетчатые фильтры. Часть I. Теория решетчатых структур 380

Рассматриваются роль и место решетчатых фильтров (РФ) в системах первичной пространственно-временной обработки сигналов, современное состояние теории РФ и техники их адаптивной настройки. В первой части разрабатывается унифицированная методика синтеза многоступенчатых фильтров с заданными матричными импульсными характеристиками на основе их факторизованных представлений различного вида. Выводятся обобщенный алгоритм и обобщенная факторизация Левинсона – теоретические основы решетчатых структур. Обсуждаются физический смысл и свойства параметров обеляющих и обращающих РФ при различном уровне априорной информации о специфике корреляционной матрицы входных воздействий, особенности и взаимосвязи “двумерных” и “многомерных” РФ.
Ключевые слова: пространственно-временная обработка, корреляционная матрица (КМ), обеляющие (обращающие) фильтры, факторизация Левинсона, априорная информация о структуре КМ, адаптация.

Розглядаються роль і місце решітчастих фільтрів (РФ) у системах первинної просторово-часової обробки сигналів, сучасний стан теорії РФ і техніки їх адаптивного настроювання. У першій частині розробляється уніфікована методика синтезу багатоступінчастих фільтрів із заданими матричними імпульсними характеристиками на основі їх факторизованих подань різного виду. Виводиться узагальнений алгоритм і узагальнена факторизація Левинсона – теоретичні основи решітчастих структур. Обговорюються фізичний зміст і властивості параметрів РФ, що обіляють і обертають, при різному рівні апріорної інформації про специфіку кореляційної матриці вхідних дій, особливості й взаємозв’язки “двовимірних” і “багатовимірних” РФ.
Ключові слова: просторово-часова обробка, кореляційна матриця (КМ), фільтри, що відбілюють і обертають, факторизація Левинсона, апріорна інформація про структуру КМ, адаптація.

This paper considers the role and place of lattice filters (LF) in systems of primary space-time signal processing, the present status of both LF theory and the technique for their adaptive tuning. In the first part of the paper, the unified methodology for synthesis of multistage filters with specified matrix impulse responses based on their factored representations of different types is developed. The generalized Levinson algorithm and the generalized Levinson factorization are derived, which are the theoretical bases of lattice structures. The physical meaning and properties of whitening and inverse LF parameters under different available a priori information about specificity of an input signals covariance matrix, and the features and interconnections of “two-dimensional” and “multidimensional” LFs.
Keywords: space-time signal processing, covariance matrix (CM), whitening filters, inverse filters, Levinson factorization, a priori information about CM structure, adaptation.

Леховицкий Д.И., Рачков Д.С., Семеняка А.В., Рябуха В.П., Атаманский Д.В. Адаптивные решетчатые фильтры. Часть II. Алгоритмы настройки АРФ 405

Обосновываются алгоритмы адаптивной настройки решетчатых фильтров (РФ) по входным данным различного вида – заданным оценочным корреляционным матрицам (КМ), произвольным “корням” из них, корректирующим векторам при обработке в “скользящем по дальности (времени)” окне. Разрабатывается общая методика настройки, в рамки которой укладываются как известные, так и новые алгоритмы. Анализируются особенности учета априорной информации в процессе настройки АРФ, регуляризованные и рекуррентные алгоритмы настройки. Демонстрируются результаты практического использования АРФ, реализованных на современной элементной базе.
Ключевые слова: адаптивная пространственно-временная обработка, оценочная корреляционная матрица, адаптивные обеляющие (обращающие) фильтры, априорная информация, регуляризация, рекуррентные алгоритмы.

Обґрунтовуються алгоритми адаптивного настроювання решітчастих фільтрів (РФ) за вхідним даними різного виду – заданим оціночним кореляційним матрицям (КМ), довільним “корінням” з них, що коректують векторам при обробки в “ковзному за дальності (часу)” вікні. Розробляється загальна методика настроювання, у рамки якої укладаються як відомі, так і нові алгоритми. Аналізуються особливості обліку апріорної інформації в процесі настроювання АРФ, регуляризовані й рекурентні алгоритми настроювання. Демонструються результати практичного використання АРФ, реалізованих на сучасній елементній базі.
Ключові слова: адаптивна просторово-часова обробка, оціночна кореляційна матриця (КМ), адаптивні фільтри, що обіляють і обертають, апріорна інформація, регуляризація, рекурентні алгоритми

The second part of the paper validates the algorithms for lattice filters (LF) adaptive adjustment by input data of different types, namely, by given estimate covariance matrices (CM), their arbitrary “roots”, and by correcting vectors at the processing in the window “sliding on the distance (time)”. The general adjustment methodology is developed, and both the well-known and new algorithms are synthesized within its framework. The peculiarities of taking into account a priori information during ALF adjustment, and regularized and recurrent tuning algorithms are analyzed. The results of practical application of ALFs implemented on a modern component base are demonstrated.
Keywords: space-time adaptive signal processing, estimate covariance matrix (CM), adaptive whitening filters, adaptive inverse filters, a priori information, regularization, recurrent algorithms.

УЧЕТ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ В АЛГОРИТМАХ АДАПТАЦИИ

Леховицкий Д.И., Абрамович Ю.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А., Рачков Д.С., Семеняка А.В. Ленточно-диагональная регуляризация МП оценок корреляционных матриц в задачах адаптивной обработки сигналов на фоне гауссовых помех 419

Сравнивается быстродействие некоторых алгоритмов адаптивной обработки когерентных сигналов на фоне помех. Основное внимание уделяется относительно новому способу комбинированной регуляризации оценки максимального правдоподобия (МП оценки) корреляционной матрицы (КМ) гауссовых случайных векторов комплексных амплитуд входных процессов с дискретными и непрерывными спектрами мощности. Показывается целесообразность ее использования для повышения быстродействия и рациональный способ практической реализации на основе адаптивных решетчатых фильтров.
Ключевые слова: адаптивная пространственно-временная обработка, быстродействие, оценки максимального правдоподобия, диагональная регуляризация, ленточная регуляризация, адаптивный решетчатый фильтр.

Порівнюється швидкодія деяких алгоритмів адаптивної обробки когерентних сигналів на фоні завад. Основна увага приділяється відносно новому способу комбінованої регуляризації оцінки максимальної правдоподібності кореляційної матриці гаусових випадкових векторів комплексних амплітуд вхідних процесів з дискретними та неперервними спектрами потужності. Показується доцільність її використання для підвищення швидкодії та раціональний спосіб практичної реалізації на основі адаптивних решітчастих фільтрів.
Ключові слова: адаптивна просторово-часова обробка, швидкодія, оцінки максимальної правдоподібності, діагональна регуляризація, стрічкова регуляризація, адаптивний решітчастий фільтр.

In the paper, the convergence rate of a number of adaptive processing algorithms of coherent signals against the interference background is compared. The main attention is paid to a relatively new combined regularization of the maximum likelihood estimate of the correlation matrix containing Gaussian random complex vectors of inputs with discrete and continuous energy spectra. Its usage expediency for the convergence rate increasing and efficient lattice-filter-based methods of its practical realization are shown.
Keywords: space-time adaptive signal processing, convergence rate, maximum likelihood estimates, diagonal loading, band regularization, adaptive lattice filter.

Зарицкий В.И., Кокин В.Н., Леховицкий Д.И., Саламатин В.В. Рекуррентные алгоритмы адаптивной обработки при центральной симметрии пространственно-временных каналов приема 423

Рассматриваются регуляризованные рекуррентные алгоритмы оценивания корреляционных матриц внешних помех и матриц, обратных к ним, в системах с центральной симметрией пространственных и (или) временных каналов приема. Показывается, что реализованные на их основе алгоритмы адаптивной обработки обеспечивают вдвое более высокое быстродействие соответствующей системы, чем “предельно быстродействующие” из известных алгоритмов для систем с произвольным расположением каналов приема. Обсуждается вычислительная сложность алгоритмов оценивания, предлагаются их модификации с пониженным уровнем сложности.
Ключевые слова: адаптация, быстродействие, априорная информация, корреляционная матрица, персимметрия, оценки максимального правдоподобия, обращение матрицы, средние потери, вычислительная сложность.

Розглядаються регуляризовані рекурентні алгоритми оцінювання кореляційних матриць зовнішніх перешкод і матриць, обернених до них, у системах із центральною симетрією просторових і (або) часових каналів приймання. Показується, що реалізовані на їх основі алгоритми адаптивної обробки забезпечують удвічі більш високу швидкодію відповідної системи, чим «гранично швидкодіючі» з відомих алгоритмів для систем з довільним розташуванням каналів приймання. Обговорюється обчислювальна складність алгоритмів оцінювання, пропонуються їх модифікації зі зниженим рівнем складності.
Ключові слова: адаптація, швидкодія, апріорна інформація, кореляційна матриця, персиметрія, оцінки максимальної правдоподібності, обернення матриці, середні втрати, обчислювальна складність

The paper considers regularized recurrent algorithms for estimation of external interferences covariance matrices and inverse ones in systems with central symmetry of spatial and (or) temporal receiving channels. It is shown that adaptive processing algorithms based on them provide twice as high convergence rate of an appropriate system as “extremely rapidly-convergent” algorithms out of the known ones for systems with arbitrary spacing of receiving channels. The computational complexity of estimation algorithms is discussed, and their modifications with reduced complexity are proposed.
Keywords: adaptation, convergence rate, a priori information, covariance matrix, persymmetry, maximum likelihood estimate, matrix inversion, average losses, computational complexity.

Леховицкий Д.И.  К теории адаптивной обработки сигналов в системах с центральной симметрией каналов приема 429

Вводится совместное распределение элементов оценки максимального правдоподобия персимметричной корреляционной матрицы многомерного гауссова процесса. Обсуждаются некоторые свойства полученного распределения и его связь с известным распределением Уишарта. Приводятся примеры использования для решения задач адаптивной обработки сигналов в системах с центральной симметрией пространственно-временных каналов приема.
Ключевые слова: центральная симметрия, персимметрия, корреляционная матрица, оценка максимального правдоподобия, плотность распределения оценки, распределение Уишарта, якобиан преобразования.

Уводиться сумісний розподіл елементів оцінки максимальної правдоподібності персиметричної кореляційної матриці багатомірного гаусівського процесу. Обговорюються деякі властивості отриманого розподілу і його зв’язок з відомим розподілом Уишарта. Приводяться приклади використання для рішення завдань адаптивної обробки сигналів у системах із центральною симетрією просторово-часових каналів приймання.
Ключові слова: центральна симетрія, персиметрія, кореляційна матриця, оцінка максимальної правдоподібності, щільність розподілу оцінки, розподіл Уишарта, якобіан перетворення.

The paper introduces the joint distribution of the elements of maximum likelihood estimate of a persymmetrical covariance matrix of the multivariate Gaussian process. Some properties of derived distribution and its connection with the known Wishart distribution are discussed. Examples of application for solving the problems of adaptive signal processing in systems with central symmetry of space-time receiving channels are demonstrated.
Keywords: central symmetry, persymmetry, covariance matrix, maximum likelihood estimate, probability density function of the estimate, Wishart distribution, Jacobian of transformation.

Леховицкий Д.И., Атаманский Д.В., Кириллов И.Г., Зарицкий В.И. Сравнение эффективности адаптивной обработки в произвольных и центрально-симметричных ФАР 437

В широком классе ФАР с центральной симметрией пространственного расположения попарно идентичных элементов (модулей) корреляционная матрица (КМ) собственных шумов и внешних излучений на выходах каналов приема может быть не только эрмитовой, но и персимметричной (симметричной относительно побочной диагонали). По сравнению с эрмитовой КМ общего вида персимметричная КМ определяется примерно вдвое меньшим числом параметров, подлежащих оцениванию в процессе адаптации. В статье количественно оценивается выигрыш в эффективности адаптивной обработки в таких ФАР при переходе от оценок максимального правдоподобия (МП оценок) эрмитовых КМ общего вида к МП оценкам персимметричных КМ.
Ключевые слова: центральная симметрия, персимметрия, корреляционная матрица, оценка максимального правдоподобия, Уишарта распределение, критерии сравнения, объем обучающей выборки.

У широкому класі ФАР із центральною симетрією просторового розташування попарно ідентичних елементів (модулів) кореляційна матриця (КМ) власних шумів і зовнішніх випромінювань на виходах каналів приймання може бути не тільки ермітовою, але й персиметричною (симетричною щодо побічної діагоналі). У порівнянні з ермітовою КМ загального виду персиметрична КМ визначається приблизно вдвічі меншим числом параметрів, що підлягають оцінюванню в процесі адаптації. У статті кількісно оцінюється виграш в ефективності адаптивної обробки в таких ФАР при переході від оцінок максимальної правдоподібності (МП оцінок) ермітових КМ загального виду до МП оцінок персиметричних КМ.
Ключові слова: центральна симетрія, персиметрія, кореляційна матриця, оцінка максимальної правдоподібності, Уишарта розподіл, критерії порівняння, обсяг навчаючої вибірки.

For a wide range of PAs with the central symmetry of the spatial arrangement of pairwise identical elements (modules) covariance matrix (CM) of self-noise and external emission at the outputs of receiving chains may be not only Hermitian, but also persymmetrical (symmetrical with respect to a secondary diagonal). Compared to an Hermitian CM of general form, a persymmetrical CM is defined by roughly half as a number of parameters that are to be estimated in the process of adaptation. The paper gives the results of the quantitative assessment of the gain in adaptive processing efficiency for such PAs at a transition from maximum likelihood (ML) estimation of Hermitian CMs of general form to ML estimation of persymmetrical CMs.
Keywords: central symmetry, persymmetry, covariance matrix, maximum likelihood estimate, Wishart distribution, comparison criteria, training sample size.

Семеняка А.В., Рачков Д.С., Леховицкий Д.И. О методах оценивания теплицевых корреляционных матриц в задачах адаптивной пространственно-временной обработки сигналов 441

Сравнивается эффективность различных методов оценивания теплицевых корреляционных матриц (КМ) в “регулярных” системах пространственно-временной обработки сигналов. Показывается, что по критерию “быстродействие – вычислительная сложность” наиболее эффективны методы, предусматривающие оценивание частных коэффициентов корреляции входных процессов на основе адаптивных решетчатых фильтров (АРФ).
Ключевые слова: скорость сходимости, теплицева корреляционная матрица, оценка максимального правдоподобия, регуляризация, адаптивный решетчатый фильтр.

Порівнюється ефективність різних методів оцінювання теплицевих кореляційних матриць в “регулярних” системах просторово-часової обробки сигналів. Показується, що за критерієм “швидкодія – обчислювальна складність” найбільш ефективні методи, що передбачають оцінювання частинних коефіцієнтів кореляції вхідних процесів на основі адаптивних решітчастих фільтрів.
Ключові слова: швидкість збіжності, теплицева кореляційна матриця, оцінка максимальної правдоподібності, реґуляризація, адаптивний решітчастий фільтр.

Efficiency of various Toeplitz covariance matrix estimation methods for “regular” systems with space-time signal processing is compared. It is shown that methods with an estimation of input processes partial correlation coefficients based on adaptive lattice filters are the most efficient in “convergence rate – computational complexity” criteria among the considered ones.
Keywords: convergence rate, Toeplitz covariance matrix, maximum likelihood estimate, regularization, adaptive lattice filter.

О НОРМАЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ С ГАУССОВЫМИ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫМИ ФУНКЦИЯМИ

Леховицкий Д.И. Замечание к сообщению «о свойстве коэффициентов частной корреляции стационарных процессов с гауссовой автокорреляционной функцией» 448

Дан простой вывод формулы частных коэффициентов корреляции  комплексного стационарного процесса с гауссовой автокорреляционной функцией – широко используемой модели случайных процессов различной физической природы.
Ключевые слова: стационарный процесс, гауссова АКФ, частный коэффициент корреляции, детерминант.

Надане просте виведення формули частинних коефіцієнтів кореляції комплексного стаціонарного процесу з гаусовою автокореляційною функцією – моделі випадкових процесів різноманітної фізичної природи, що широко використовується на практиці.
Ключові слова: стаціонарний процес, гаусова АКФ, частинний коефіцієнт кореляції, детермінант.

The paper gives the simple derivation of the formula for partial correlation coefficients of a complex stationary process with Gaussian autocorrelation function, which is a widely used model of random processes of various physical nature.
Keywords: stationary process, Gaussian ACF, partial correlation coefficient, determinant.

Леховицкий Д.И., Табачников М.И., Шипицын С.И. Выбор порядка линейного фильтра предсказания для стационарных случайных процессов с гауссовой корреляционной функцией 450

Устанавливается связь между порядком линейного фильтра предсказания и уровнем минимальной дисперсии ошибки для процесса с гауссовой автокорреляционной функцией. Обосновывается выбор порядка линейного фильтра предсказания в соответствующей ситуации.
Ключевые слова:  линейное  предсказание с минимальной ошибкой,  порядок фильтра,  гауссова корреляционная функция,  коэффициент подавления.

Установлюється зв’язок між порядком лінійного фільтра пророкування й рівнем мінімальної дисперсії помилки для процесу з гаусівською автокореляційною функцією. Обґрунтовується вибір порядку лінійного фільтра пророкування у відповідній ситуації.
Ключові слова: лінійне пророкування з мінімальною помилкою, порядок фільтра, гаусівська кореляційна функція,  коефіцієнт придушення.

The paper establishs the connection between the order of a linear prediction filter and the level of error minimal variance for the process with Gaussian autocorrelation function. The choice of linear prediction filter order is also validated for this case.
Keywords: linear prediction with minimal error, filter order, Gaussian correlation function, suppression ratio.

Леховицкий Д.И. Якобианы некоторых линейных преобразований 454

Получены якобианы линейных преобразований B=P•A•Q*  с преобразующими матрицами различной структуры.
Ключевые слова: якобиан, линейные преобразования, кронекеровское произведение, кронекеровский квадрат, детерминант.

Отримані якобіани лінійних перетворень B=P•A•Q*  із перетворюючими матрицями різної структури.
Ключові слова: якобіан, лінійні перетворення, кронекерівський добуток, кронекерівський квадрат, детермінант.

Jacobian determinants of the linear transformations B=P•A•Q* with transformation matrices of different structure are obtained.
Keywords: Jacobian determinant, linear transformations, Kronecker product, Kronecker squared, determinant.

Леховицкий Д.И., Флексер П.М., Полишко С.В. О вычислении законов распределения квадратичных форм комплексных нормальных векторов 456

Сопоставляются способы вычисления законов (плотностей и функций) распределения квадратичных форм комплексных гауссовых векторов с эрмитовыми неотрицательно определенными матрицами общего вида. Показываются преимущества использования вместо известных “точных” аналитических представлений этих законов их интегральных представлений, численно интегрируемых стандартными функциями математических приложений современных компьютеров.
Ключевые слова: законы распределения, квадратичные формы, стандартные функции, разрядность вычислений.

Зіставляються способи обчислення законів (щільностей і функцій) розподілу квадратичних форм комплексних гаусівських векторів з ермітовими невід’ємно визначеними матрицями загального виду. Показуються переваги використання замість відомих “точних” аналітичних подань цих законів їх інтегральних подань, які чисельно інтегруються стандартними функціями математичних додатків сучасних комп’ютерів.
Ключові слова: закони розподілу, квадратичні форми, стандартні функції, розрядність обчислень.

In the paper, methods of calculation of distribution laws (densities and functions) of quadratic forms of complex Gaussian vectors with general Hermitian non-negatively determined matrices are compared. Advantages of using the integral representations of these laws numerically integrated by standard functions of mathematical applications of modern computers instead of the known exact analytical representations of the said laws are shown.
Keywords: distribution laws, quadratic forms, standard functions, calculation capacity.

СДЦ В ИМПУЛЬСНЫХ РЛС

Леховицкий Д.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А. СДЦ в импульсных РЛС: 1. Физический смысл и экстремальные свойства операций оптимальной междупериодной обработки гауссовых сигналов на фоне гауссовых пассивных помех 463

Первая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех (ПП) в системах междупериодной обработки (МПО) сигналов импульсных РЛС. Основное внимание уделяется анализу физического смысла и экстремальных свойств операций оптимальной МПО гауссовых когерентных и некогерентных сигналов на фоне гауссовых ПП в гипотетических условиях точного знания их статистических характеристик.
Ключевые слова: импульсные РЛС, селекция движущихся целей, оптимальная междупериодная обработка, пассивные помехи, корреляционная матрица, обращающий фильтр, обеляющий фильтр.

Перша стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки (МПО) сигналів імпульсних РЛС. Основна увага приділяється аналізу фізичного змісту й екстремальних властивостей операцій оптимальної МПО гаусівських когерентних і некогерентних сигналів на тлі гаусівських пасивних завад у гіпотетичних умовах точного знання їх статистичних характеристик. Результати, що приводяться, використовуються в наступних статтях для порівняльної оцінки якості існуючих і перспективних квазіоптимальних систем МПО, призначених для роботи в реальних умовах апріорної невідомості статистичних характеристик вхідних впливів.
Ключові слова: імпульсні РЛС, селекція рухомих цілей, оптимальна міжперіодна обробка, пасивні завади, кореляційна матриця, обертаючий фільтр, вибілюючий фільтр.

This is the first paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter (GC) in pulse radar interperiod processing (IPP) systems. The emphasis is laid on the analysis of the physical sense and the extreme features of operations of the optimal IPP against the background of Gaussian clutter under hypothetical conditions of exact knowledge of their statistical characteristics. The presented results are used in the following papers of the series for the comparative estimate of the quality of the available and prospective quasi-optimal IPP systems intended for the operation under real conditions of a priori uncertainty of the input actions statistical characteristics.
Keywords: pulse radars, moving target detection, optimal interperiod signal processing, clutter, covariance matrix, inverse filter, whitening filter.

Леховицкий Д.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А., Рачков Д.С. СДЦ в импульсных РЛС: 2. Структуры, параметры и эффективность квазиоптимальных систем междупериодной обработки гауссовых сигналов на фоне гауссовых пассивных помех 479

Вторая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех (ПП) в системах междупериодной обработки (МПО) сигналов импульсных РЛС. Рассматриваются известные и новые квазиоптимальные системы МПО гауссовых сигналов на фоне гауссовых ПП. Разрабатывается методика определения их предельных возможностей, использующаяся для оценки потерь эффективности, обусловленных упрощением обработки по сравнению с оптимальной. По результатам сравнительного анализа этих потерь обосновываются рекомендации по выбору структуры и параметров адаптивных систем МПО, предназначенных для работы в реальных условиях априорной неизвестности статистических характеристик входных воздействий.
Ключевые слова: импульсные РЛС, селекция движущихся целей, квазиоптимальная междупериодная обработка, пассивные помехи, ленточная обратная матрица, квазиобращающий фильтр, квазиобеляющий фильтр.

Друга стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки (МПО) сигналів імпульсних РЛС. Розглядаються відомі й нові квазіоптимальні системи МПО гаусівських сигналів на тлі гаусівських пасивних завад. Розробляється методика визначення їх граничних можливостей, яка використовується для оцінки втрат ефективності, обумовлених спрощенням обробки в порівнянні з оптимальною. За результатами порівняльного аналізу цих втрат обґрунтовуються рекомендації з вибору структури й параметрів адаптивних систем МПО, призначених для роботи в реальних умовах апріорної невідомості статистичних характеристик вхідних дій.
Ключові слова: імпульсні РЛС, селекція рухомих цілей, квазіоптимальна міжперіодна обробка, пасивні завади, стрічкова обернена матриця, квазіобертаючий фільтр, квазіобіляючий фільтр.

This is the second paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in pulse radar interperiod processing (IPP) systems. Well-known and new quasi-optimal IPP systems of Gaussian signals against the background of Gaussian clutter are considered. The methodology of evaluating their ultimate capabilities is developed which is used for estimation of the efficiency losses conditioned by the processing simplification compared with an optimal processing. Basing on the results of the comparative analysis of these losses, the recommendations for a choice of the structure and parameters of adaptive IPP systems intended for operation under real conditions with an a priori uncertainty of input impacts statistical characteristics are substantiated.
Keywords: pulse radars, moving target detection, quasi-optimal interperiod signal processing, clutter, ribbon inverse matrix, quasi-inverse filter, quasi-whitening filter.

Леховицкий Д.И., Полишко С.В., Бурковский С.В., Катюшин Е.А. СДЦ в импульсных РЛС: 3. Об управлении уровнем вероятности ложной тревоги в фильтровых системах междупериодной обработки сигналов на фоне пассивных помех 494

Третья статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех в системах междупериодной обработки сигналов импульсных РЛС. Определяется зависимость характеристик обнаружения пачечного когерентного сигнала на фоне пассивных помех в фильтровой системе СДЦ с управляемой вероятностью ложной тревоги от объема обучающей выборки, использованной для оценки максимального правдоподобия мощности помехи на выходе линейного фильтра с постоянными параметрами.
Ключевые слова: фильтровая система междупериодной обработки, стабилизация уровня ложных тревог, пассивная помеха, оценка максимального правдоподобия, вероятность ложной тревоги, вероятность правильного обнаружения.

Третя стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки сигналів імпульсних РЛС. Визначається залежність характеристик виявлення пачкового когерентного сигналу на тлі пасивних завад у фільтровій системі СРЦ із керованою ймовірністю хибної тривоги від об’єму навчаючої вибірки, використаної для оцінки максимальної правдоподібності потужності завади на виході лінійного фільтра з постійними параметрами.
Ключові слова: фільтрова система міжперіодної обробки, стабілізація рівня хибних тривог, пасивна завада, оцінка максимальної правдоподібності, імовірність хибної тривоги, імовірність правильного виявлення.

This is the third paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in pulse radar interperiod processing systems. Dependence of the detection characteristics of a batch coherent signal against the background of clutter in a MTD Doppler-filter system with controllable CFAR upon a training sample size is determined. This training sample is used for maximum likelihood estimate of interference power at the output of a linear filter with constant parameters.
Keywords: Doppler-filter system of interperiod processing, CFAR, clutter, maximum likelihood estimate, false alarm probability, valid detection probability.

Леховицкий Д.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А., Рачков Д.С., Катюшин Е.А. СДЦ в импульсных РЛС: 4. Резервы совершенствования систем СДЦ РЛС с попачечной вобуляцией интервалов зондирования 500

Четвертая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех в системах междупериодной обработки сигналов импульсных РЛС. Рассматриваются оптимальная и штатная системы междупериодной обработки импульсной РЛС 10-сантиметрового диапазона с попачечной вобуляцией интервалов зондирования, анализируются характеристики обнаружения сигналов на фоне маскирующих пассивных помех при сочетании когерентного и бинарного некогерентного накопления сигнала, оцениваются выигрыши в эффективности теоретически оптимальных систем СДЦ по сравнению со штатной системой.
Ключевые слова: пассивные помехи, импульсные РЛС, вобуляция интервалов зондирования, междупериодная обработка (МПО), селекция движущихся целей, обнаружение, стабилизация уровня ложных тревог (СУЛТ).

Четверта стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки сигналів імпульсних РЛС. Розглядаються оптимальна й штатна системи міжперіодної обробки імпульсної РЛС 10-сантиметрового діапазону з попачковою вобуляцією інтервалів зондування, аналізуються характеристики виявлення сигналів на тлі пасивних маскувальних завад, при сполученні когерентного й бінарного некогерентного накопичення сигналу, оцінюються виграші ефективності теоретично оптимальних систем СРЦ у порівнянні зі штатною системою.
Ключові слова: пасивні завади, імпульсні РЛС, вобуляція інтервалів зондування, міжперіодна обробка, селекція рухомих цілей, виявлення, стабілізація рівня хибних тривог.

This is the fourth paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in pulse radar interperiod processing systems. Optimal and standard systems of interperiod signal processing of a 10-cm-band pulse radar with batch-to-batch staggering of pulse repetition intervals are considered. The characteristics of signal detection against the background of masking clutter using a combination of coherent and binary noncoherent signal accumulation are analyzed. Effeciency gains of theoretically optimal MTD systems as compared with the standard one are evaluated.
Keywords: clutter, pulse radar, staggering of pulse repetition intervals, interperiod signal processing, moving target detection, detection, stabilization of false alarm rate.

Леховицкий Д.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А., Рачков Д.С., Семеняка А.В. СДЦ в импульсных РЛС: 5. Адаптивные системы междупериодной обработки гауссовых сигналов на фоне гауссовых пассивных помех 508

Пятая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех (ПП) в системах междупериодной обработки (МПО) сигналов импульсных РЛС. Рассматривается обобщенная структура адаптивных систем МПО сигналов точечных целей на фоне гауссовых протяженных пассивных помех (ПП) и четыре разновидности укладывающихся в нее методов (алгоритмов) адаптации: корреляционные автокомпенсаторы помех, квазиньютоновские алгоритмы на основе оценок максимального правдоподобия (МП оценок) корреляционных матриц (КМ) помех, квазиньютоновские алгоритмы на основе диагонально, ленточно и ленточно-диагонально регуляризованных МП оценок КМ, адаптивные решетчатые фильтры (АРФ), реализующие комбинированную регуляризацию. Показываются важные преимущества последних, рекомендуемых для практического использования в адаптивных системах пространственно-временной обработки сигналов на фоне гауссовых помех различной природы.
Ключевые слова: пассивные помехи, импульсные РЛС, адаптивная междупериодная обработка, селекция движущихся целей, оценки максимального правдоподобия, комбинированная регуляризация, адаптивные решетчатые фильтры.

П’ята стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки (МПО) сигналів імпульсних РЛС. Розглядається узагальнена структура адаптивних систем МПО сигналів точкових цілей на тлі гаусових протяжних пасивних завад і чотири різновиди методів, що укладаються в неї (алгоритмів) адаптації: кореляційні автокомпенсатори завад, квазіньютонівські алгоритми на основі оцінок максимальної правдоподібності (МП оцінок) кореляційних матриць завад, квазіньютонівські алгоритми на основі діагонально, стрічково й стрічково-діагонально регуляризованих МП оцінок кореляційних матриць, адаптивні решітчасті фільтри, що реалізують комбіновану регуляризацію. Показуються важливі переваги останніх, що рекомендуються для практичного використання в адаптивних системах просторово-часової обробки сигналів на тлі гаусових завад різної природи.
Ключові слова: пасивні завади, імпульсні РЛС, адаптивна міжперіодна обробка, селекція рухомих цілей, оцінки максимальної правдоподібності, комбінована регуляризація, адаптивні решітчасті фільтри.

This is the fifth paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of clutter in the interperiod signal processing (IPP) systems of pulse radars. The generalized structure of adaptive IPP systems for point-target signal extraction from extensive Gaussian clutter, and four types of adaptation methods (algorithms), which fit into this structure are considered. These are correlation clutter autocancellers; quasinewtonian algorithms based on maximum likelihood (ML) estimates of clutter covariance matrices (CM); quasi¬newtonian algorithms based on diagonally, band, and band-diagonally regularized ML estimates of CMs; adaptive lattice filters (ALFs), which implement the combined regularization. Important advantages of ALFs are demonstrated and they are recommended for practical usage in adaptive systems of space-time signal processing against the background of Gaussian interferences of different nature.
Keywords: clutter, pulse radar, adaptive interperiod signal processing, moving target detection, maximum likelihood estimates, combined regularization, adaptive lattice filters.

Леховицкий Д.И., Рябуха В.П., Жуга Г.А., Рачков Д.С., Лаврентьев В.Н. СДЦ в импульсных РЛС: 6. Полунатурные экспериментальные исследования адаптивных систем междупериодной обработки сигналов на фоне пассивных помех на основе адаптивных решетчатых фильтров 526

Шестая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех (ПП) в системах междупериодной обработки (МПО) сигналов импульсных РЛС. Анализируются результаты полунатурных исследований систем МПО на основе адаптивных решетчатых фильтров (АРФ) в импульсной РЛС с попачечной вобуляцией интервалов зондирования (ПВ ИЗ). Полученные по цифровым записям реальных пассивных помех экспериментальные характеристики МПО на основе АРФ сравниваются с характеристиками штатной системы МПО. По результатам сравнения обосновываются рекомендации по совершенствованию систем СДЦ таких РЛС.
Ключевые слова: импульсные РЛС, селекция движущихся целей, пассивные помехи, экспериментальные исследования, адаптивные решетчатые фильтры, характеристики обнаружения, практические рекомендации.

Шоста стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки сигналів імпульсних РЛС. Аналізуються результати напівнатурних досліджень систем МПО на основі адаптивних решітчастих фільтрів (АРФ) в імпульсній РЛС із попачковою вобуляцією інтервалів зондування. Отримані по цифрових записах реальних пасивних завад експериментальні характеристики МПО на основі АРФ порівнюються з характеристиками штатної системи МПО. За результатами порівняння обґрунтовуються рекомендації з удосконалювання систем СРЦ таких РЛС.
Ключові слова: імпульсні РЛС, селекція рухомих цілей, пасивні завади, експериментальні дослідження, адаптивні решітчасті фільтри, характеристики виявлення, практичні рекомендації.

This is the sixth paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in the pulse radar interperiod processing systems. The results of scaled-down research of adaptive-lattice-filter-based (ALF) IPP systems in a pulse radar with batch-to-batch staggering of pulse repetition intervals are analyzed. The experimental characteristics of ALF-based and standard IPP systems obtained by digital records of real clutter are compared. Based on the comparison results, recommendations for improving MTD systems of such radars are substantiated.
Keywords: pulse radar, moving target detection, clutter, experimental research, adaptive lattice filters, detection characteristics, practical recommendations.

Леховицкий Д.И., Кириллов И.Г., Бурковский С.В. СДЦ в импульсных РЛС: 7. Особенности междупериодной обработки сигналов на фоне пассивных помех в некогерентных импульсных РЛС 536

Седьмая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех в системах междупериодной обработки (МПО) сигналов импульсных РЛС. Оценены потенциальные возможности последетекторной междупериодной обработки гауссовых (до детектора) сигналов на фоне гауссовых (до детектора) помех. Проанализированы причины подавления полезных сигналов вне зоны действия помех в известных системах последетекторной МПО и способы устранения этого эффекта. Обоснованы рациональная структура и параметры адаптивных квазиоптимальных систем последетекторной МПО.
Ключевые слова: некогерентные РЛС, последетекторная междупериодная обработка, пассивные помехи, адаптация.

Сьома стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних завад у системах міжперіодної обробки сигналів імпульсних РЛС. Оцінено потенційні можливості післядетекторної міжперіодної обробки (МПО) гаусових (до детектора) сигналів на тлі гаусових (до детектора) завад. Проаналізовано причини придушення корисних сигналів поза зоною дії завад у відомих системах післядетекторної МПО й способи усунення цього ефекту. Обґрунтовано раціональну структуру й параметри адаптивних квазіоптимальних систем післядетекторної МПО.
Ключові слова: некогерентні РЛС, післядетекторна міжперіодна обробка, пасивні завади, адаптація.

This is the seventh paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in pulse radar interperiod processing systems. The potential capabilities of after-detector interperiod processing (IPP) of Gaussian (before the detector) signals against the background of Gaussian (before the detector) clutter are evaluated. The causes of useful signal suppression outside the clutter area and ways to eliminate this effect are analyzed for the known systems of after-detector IPP. The rational structure and the parameters of adaptive quasi-optimal systems of after-detector IPP are substantiated.
Keywords: noncoherent radars, after-detector interperiod processing, clutter, adaptation.

Вовшин Б.М., Леховицкий Д.И., Жуга Г.А., Лаврукевич В.В. СДЦ в импульсных РЛС: 8. Особенности защиты сверхширокополосных РЛС от пассивных помех 542

Восьмая статья цикла статей по теории и технике нетраекторной селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне источников пассивных помех в системах междупериодной обработки сигналов импульсных РЛС. Анализируются особенности пассивных помех (ПП) в РЛС со сверхширокополосным зондирующим сигналом. Сравнивается их относительная интенсивность в узкополосных (УП) и сверхширокополосных (СШП) РЛС. Синтезируются алгоритмы оптимальной междупериодной обработки (МПО) на фоне ПП СШП сигналов, отраженных от точечной и протяженной целей. Определяются показатели качества их обнаружения и отличия скоростных характеристик систем МПО в СШП и УП РЛС.
Ключевые слова: сверхширокополосные РЛС, пассивные помехи, оптимальная междупериодная обработка, слепые скорости.

Восьма стаття циклу статей з теорії й техніки нетраєкторної селекції рухомих цілей (СРЦ) на тлі джерел пасивних перешкод у системах міжперіодної обробки сигналів імпульсних РЛС. Аналізуються особливості пасивних завад у РЛС з понадширокосмуговим зондувальним сигналом. Порівнюється їх відносна інтенсивність в вузькосмугових (ВС) і понадширокосмугових (ПШС) РЛС. Синтезуються алгоритми оптимальної міжперіодної обробки (МПО) на тлі пасивних завад ПШС сигналів, відбитих від точкової й протяжної цілей. Визначаються показники якості їх виявлення й відмінності швидкісних характеристик систем МПО в ПШС і ВС РЛС.
Ключові слова: понадширокосмугові РЛС, пасивні завади, оптимальна міжперіодна обробка, «сліпі» швидкості.

This is the eighth paper of paper series devoted to the theory and technique of non-trace moving target detection (MTD) against the background of Gaussian clutter in pulse radar interperiod processing systems. Under consideration are features of clutters in radars with a ultra-wide-band ranging signal. Their relative intensity in narrow-band (NB) and ultrawide-band (UWB) radars are compared. Algorithms of optimal interperiod processing (IPP) through clutter of UWB signals reflected from point and extended targets are synthesized. Quality indices of their detection and differences of speed characteristics of IPP systems in UWB and NB radars are determined.
Keywords: ultrawideband radars, clutter, optimal interperiod signal processing, blind speeds.

ПИСЬМА В РЕДАКЦИЮ

К 80-летию академика Академии наук прикладной радиоэлектроники, действительного члена Национальной академии наук Украины АЖАЖИ Владимира Михайловича 548

 

 

 

 

Хостинг Uh.Ua