Radarda Uzay Zamanına Uyarlamalı İşleme Nasıl Yapılır?
STAP, faz dizilimli (ESA) antenler ve ana küre dağınıklığı reddi için dağınıklık gidericiler kullanan uzun menzilli darbe-doppler gözetim radarlarına uygulanabilen ortak bir açı-doppler etki alanı filtreleme tekniğidir. Teknik, dış gürültüyü ve gürültü sıkışmasını reddetmek ve düşük kapanma oranlı hedeflerin tespitini ciddi şekilde bozabilen yer karmaşasının doppler spektrumunun uçak hareketinden kaynaklanan yayılmasını telafi etmek için geleneksel araçlara bir alternatif olarak düşünülmüştür.
Dizi anteninin her bir öğesi için ayrı bir alma kanalı sağlanmıştır. Alıcıların tutarlı video çıkışları geleneksel olarak örneklenir ve dijitalleştirilir. Her çözümlenebilir aralık aralığı için, her tutarlı işleme aralığı (CPI) sırasında alınan numuneler bir matriste toplanır. Bundan, potansiyel hedef sinyallerini geçmek ve alınan gürültüyü ve paraziti reddetmek için "ayarlanmış" bir filtre oluşturmaya yönelik ağırlıklar uyarlamalı olarak hesaplanır. Örnekler daha sonra tartılır ve toplanır.
Background
Uyarlanabilir işleme kavramı hiçbir şekilde yeni değildir. Radar mühendisleri, uzamsal ve spektral özellikleri temelinde neredeyse her tür dış müdahaleyi uyarlamalı bir şekilde en aza indirmeyi uzun zamandır hayal etmişlerdir. Bununla birlikte, STAP'a yönelik erken yaklaşımların çoğunun, dağınıklık ve müdahale durumundaki değişikliklere uyum sağlamada pratik olmayan bir şekilde yavaş olduğu ortaya çıktı. Ancak 1970'lerin başlarında, alandaki üç öncü, soyadlarının ilk harflerinden türetilen bir kısaltma olan RMB olarak adlandırılan, dikkat çekici derecede hızlı adapte olan bir algoritma tasarladı. Bilgisayar simülasyonlarıyla, algoritmanın etkinliğini ikna edici bir şekilde gösterdiler. Bu sonuçlar 1974'te yayınlandı. Yaklaşık 10 yıl boyunca çok az ilgi gördüler. Bunun birkaç nedeni vardı.
Birincisi, gerekli bilgisayar verimi o zamanki hava işlemcilerinin yeteneklerinin çok ötesindeydi. Bir diğeri için, sadece bir ESA için değil, aynı zamanda her bir dizi elemanı için ayrı bir alıcı ve A / D dönüştürücü gereksinimleri 1970'lerde açıkça karşılanabilir değildi.
Bununla birlikte, 1980'lerin ortalarında, ortaya çıkan düşük RCS uçaklarını tespit etmek için beklenen ihtiyaca yanıt olarak, STAP aktif bir Ar-Ge alanı haline geldi ve o zamandan beri de öyle kaldı.
RMB Ağırlıklandırma Algoritması
Bu algoritma, zeminden tutarlı dönüşün genellikle dairesel Gauss istatistiklerine sahip olduğu gerçeğinden yararlanır; bu nedenle, tamamen karmaşık kovaryans matrisi ile karakterizedir. Algoritmanın uygulanmasına yönelik ağırlıklar, esasen iki adımda elde edilir. Başlangıçta, girişim durumu hakkında önceden bilgi sahibi olunmayarak, alınan radyasyonun kovaryans matrisinin tahmini, maksimum olabilirlik fonksiyonu adı verilen iyi bilinen bir istatistiksel analiz cihazı kullanılarak yapılır. Matris daha sonra ters çevrilir, böylece her alma kanalı için doğrudan ağırlık verir. Bundan sonra, değişen dağınıklığı ve parazit koşullarını doğru bir şekilde yansıtmak için, alınan gürültü ve radar dönüşü ışığında matris sürekli olarak güncellenir .
Her güncelleme, işlenmekte olanın dışındaki aralık artışlarından elde edilen alınan verilerin ayrı ve bağımsız örneklerine dayanır. Algoritmanın güzelliği, bir güncelleme için gerçekte yalnızca nispeten az sayıda örneğe ihtiyaç duyulmasıdır ve bu da CPI'nin çoğunun paraziti etkili bir şekilde filtrelemeye tahsis edilmesini sağlar.
Sonuç olarak, filtrenin çıkışı, alınan sinyal gücünün çok yüksek bir yüzdesini içerir. Hedef yoğunluğun yüksek olmaması ve uyarlanabilir öğrenme için yeterince homojen bağımsız girişim örnekleri bulunması koşuluyla, sinyal-gürültü oranı da yüksektir.
Sonraki Geliştirme. 1980'lerin ortalarından beri STAP üzerinde çalışmak büyük ölçüde RMB algoritmasına odaklandı. Birincil hedefler arasında şunlar yer almaktadır:
Alıcı kanallarını tam olarak eşleştirmek ve bunları antenin özelliklerine uyacak şekilde kalibre etmek için birçok STAP yaklaşımının gerekliliğini ortadan kaldırın.
Bu gereksinimleri karşılamak için bugüne kadar önerilen önlemler, temel olarak alt diziler ve çeşitli analog ışın şekillendirme seviyeleri kullanarak uzamsal serbestlik derecelerinin (uyarlanabilirlik) sayısını azaltmayı içeriyordu.
STAP başlangıçta yalnızca pahalı ESA'lar ve çoklu alıcı kanalları kullanan radarlara uygulanabilir olarak kabul edilirken, aynı zamanda potansiyel uygulamalara sahip olduğu ve toplam ve fark çıkışlı geleneksel antenler kullanan radarlara nispeten düşük maliyetli bir eklenti olarak görülmeye başlanmıştır. ve muhtemelen uzun menzilli gözetim dışında uygulamalara sahip olmak.
STAP, faz dizilimli (ESA) antenler ve ana küre dağınıklığı reddi için dağınıklık gidericiler kullanan uzun menzilli darbe-doppler gözetim radarlarına uygulanabilen ortak bir açı-doppler etki alanı filtreleme tekniğidir. Teknik, dış gürültüyü ve gürültü sıkışmasını reddetmek ve düşük kapanma oranlı hedeflerin tespitini ciddi şekilde bozabilen yer karmaşasının doppler spektrumunun uçak hareketinden kaynaklanan yayılmasını telafi etmek için geleneksel araçlara bir alternatif olarak düşünülmüştür.
Dizi anteninin her bir öğesi için ayrı bir alma kanalı sağlanmıştır. Alıcıların tutarlı video çıkışları geleneksel olarak örneklenir ve dijitalleştirilir. Her çözümlenebilir aralık aralığı için, her tutarlı işleme aralığı (CPI) sırasında alınan numuneler bir matriste toplanır. Bundan, potansiyel hedef sinyallerini geçmek ve alınan gürültüyü ve paraziti reddetmek için "ayarlanmış" bir filtre oluşturmaya yönelik ağırlıklar uyarlamalı olarak hesaplanır. Örnekler daha sonra tartılır ve toplanır.
Background
Uyarlanabilir işleme kavramı hiçbir şekilde yeni değildir. Radar mühendisleri, uzamsal ve spektral özellikleri temelinde neredeyse her tür dış müdahaleyi uyarlamalı bir şekilde en aza indirmeyi uzun zamandır hayal etmişlerdir. Bununla birlikte, STAP'a yönelik erken yaklaşımların çoğunun, dağınıklık ve müdahale durumundaki değişikliklere uyum sağlamada pratik olmayan bir şekilde yavaş olduğu ortaya çıktı. Ancak 1970'lerin başlarında, alandaki üç öncü, soyadlarının ilk harflerinden türetilen bir kısaltma olan RMB olarak adlandırılan, dikkat çekici derecede hızlı adapte olan bir algoritma tasarladı. Bilgisayar simülasyonlarıyla, algoritmanın etkinliğini ikna edici bir şekilde gösterdiler. Bu sonuçlar 1974'te yayınlandı. Yaklaşık 10 yıl boyunca çok az ilgi gördüler. Bunun birkaç nedeni vardı.
Birincisi, gerekli bilgisayar verimi o zamanki hava işlemcilerinin yeteneklerinin çok ötesindeydi. Bir diğeri için, sadece bir ESA için değil, aynı zamanda her bir dizi elemanı için ayrı bir alıcı ve A / D dönüştürücü gereksinimleri 1970'lerde açıkça karşılanabilir değildi.
Bununla birlikte, 1980'lerin ortalarında, ortaya çıkan düşük RCS uçaklarını tespit etmek için beklenen ihtiyaca yanıt olarak, STAP aktif bir Ar-Ge alanı haline geldi ve o zamandan beri de öyle kaldı.
RMB Ağırlıklandırma Algoritması
Bu algoritma, zeminden tutarlı dönüşün genellikle dairesel Gauss istatistiklerine sahip olduğu gerçeğinden yararlanır; bu nedenle, tamamen karmaşık kovaryans matrisi ile karakterizedir. Algoritmanın uygulanmasına yönelik ağırlıklar, esasen iki adımda elde edilir. Başlangıçta, girişim durumu hakkında önceden bilgi sahibi olunmayarak, alınan radyasyonun kovaryans matrisinin tahmini, maksimum olabilirlik fonksiyonu adı verilen iyi bilinen bir istatistiksel analiz cihazı kullanılarak yapılır. Matris daha sonra ters çevrilir, böylece her alma kanalı için doğrudan ağırlık verir. Bundan sonra, değişen dağınıklığı ve parazit koşullarını doğru bir şekilde yansıtmak için, alınan gürültü ve radar dönüşü ışığında matris sürekli olarak güncellenir .
Her güncelleme, işlenmekte olanın dışındaki aralık artışlarından elde edilen alınan verilerin ayrı ve bağımsız örneklerine dayanır. Algoritmanın güzelliği, bir güncelleme için gerçekte yalnızca nispeten az sayıda örneğe ihtiyaç duyulmasıdır ve bu da CPI'nin çoğunun paraziti etkili bir şekilde filtrelemeye tahsis edilmesini sağlar.
Sonuç olarak, filtrenin çıkışı, alınan sinyal gücünün çok yüksek bir yüzdesini içerir. Hedef yoğunluğun yüksek olmaması ve uyarlanabilir öğrenme için yeterince homojen bağımsız girişim örnekleri bulunması koşuluyla, sinyal-gürültü oranı da yüksektir.
Sonraki Geliştirme. 1980'lerin ortalarından beri STAP üzerinde çalışmak büyük ölçüde RMB algoritmasına odaklandı. Birincil hedefler arasında şunlar yer almaktadır:
- STAP'ı daha ekonomik hale getirin
- Bağımsız, özdeş olarak dağıtılmış girişim verilerinin homojen bir akışının alınmasıyla doğal bağımlılığının üstesinden gelin
- Daha yüksek yoğunluklu hedefleri işlemek için STAP'ı etkinleştirin
Alıcı kanallarını tam olarak eşleştirmek ve bunları antenin özelliklerine uyacak şekilde kalibre etmek için birçok STAP yaklaşımının gerekliliğini ortadan kaldırın.
Bu gereksinimleri karşılamak için bugüne kadar önerilen önlemler, temel olarak alt diziler ve çeşitli analog ışın şekillendirme seviyeleri kullanarak uzamsal serbestlik derecelerinin (uyarlanabilirlik) sayısını azaltmayı içeriyordu.
STAP başlangıçta yalnızca pahalı ESA'lar ve çoklu alıcı kanalları kullanan radarlara uygulanabilir olarak kabul edilirken, aynı zamanda potansiyel uygulamalara sahip olduğu ve toplam ve fark çıkışlı geleneksel antenler kullanan radarlara nispeten düşük maliyetli bir eklenti olarak görülmeye başlanmıştır. ve muhtemelen uzun menzilli gözetim dışında uygulamalara sahip olmak.
