mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2022-10-5-49-59mireabulletin-568Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSРеализация алгоритмов обработки стохастических сигналов в САПР РЛСImplementation of stochastic signal processing algorithms in radar CADhttps://orcid.org/0000-0002-0654-3845КонопелькинМ. Ю.Konopel'kinM. Yu.

Конопелькин Максим Юрьевич - начальник отдела.

121471, Москва, ул. Верейская, 41.

SPIN-код РИНЦ 6660-4641

Maxim Yu. Konopel'kin - Head of Department, “Almaz-Antey” Air and Space Defence Corporation.

41, Vereiskaya ul., Moscow, 121471.

RSCI SPIN-code 6660-4641

m.konopelkin@almaz-antey.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5370-9898ПетровС. В.PetrovS. V.

Петров Сергей Викторович – кандидат технических наук, ведущий программист.

121471, Москва, ул. Верейская, 41.

Sergey V. Petrov - Cand. Sci. (Eng.), Lead Programmer, “Almaz-Antey” Air and Space Defence Corporation.

41, Vereiskaya ul., Moscow, 121471.

sv.petrov@almaz-antey.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7237-2511СмирнягинаД. А.SmirnyaginaD. A.

Смирнягина Дарья Алексеевна – техник.

121471, Москва, ул. Верейская, 41.

Daria A. Smirnyagina - Techician, “Almaz-Antey” Air and Space Defence Corporation.

41, Vereiskaya ul., Moscow, 121471.

ponyoo@mail.ruКонцерн воздушно-космической обороны «Алмаз-Антей»Россия“Almaz-Antey” Air and Space Defence CorporationRussian Federation2022211020221054959Copyright © Конопелькин М.Ю., Петров С.В., Смирнягина Д.А., 20222022Конопелькин М.Ю., Петров С.В., Смирнягина Д.А.Konopel'kin M.Y., Petrov S.V., Smirnyagina D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/568Цели

Цели. В 2020 г. завершилась опытно-конструкторская работа по созданию российской системы автоматизированного проектирования (САПР) радиолокационных станций (РЛС). Отличительной особенностью САПР РЛС являются богатые возможности для создания имитационных моделей и имитационного моделирования, что позволяет отрабатывать аппаратную часть и комплекс боевых алгоритмов РЛС с учетом конкретных условий боевого применения, средств воздушно-космического нападения и фоно-целевой обстановки. Цель настоящей статьи - обзор и демонстрация возможностей САПР РЛС в части реализации и отработки алгоритмов обработки стохастических сигналов.

Методы

Методы. В работе использовался математический аппарат линейной алгебры. Анализ характеристик алгоритмов проведен методом имитационного моделирования.

Результаты

Результаты. В визуальном функциональном редакторе САПР РЛС создана имитационная модель РЛС секторного обзора с цифровой антенной решеткой. В состав пассивного канала входили следующие алгоритмы: алгоритм обнаружения стохастических сигналов; алгоритм оценивания числа стохастических сигналов; алгоритм пеленгации источников стохастических сигналов; алгоритм адаптивной пространственной фильтрации. В процессе имитационного моделирования алгоритмы обнаружения и оценивания числа выдавали корректный признак обнаружения и оценку числа сигналов. Алгоритм пеленгации оценивал угловое положение источников с точностью до долей градусов. Алгоритм адаптивной пространственной фильтрации подавлял сигналы мешающих сигналов до уровня ниже мощности собственных шумов антенны.

Выводы

Выводы. Обширные возможности по разработке моделей функционирования РЛС, имеющиеся в российской САПР РЛС, позволяют детально моделировать процессы обработки различных видов сигналов. По результатам моделирования получены координаты целей и приведена оценка эффективности работы алгоритмов. Полученные результаты полностью соответствуют теоретическому прогнозу. Продемонстрированные в настоящей работе возможности САПР РЛС могут быть использованы специалистами в области радиолокации и обработки сигналов.

Objectives

Objectives. In 2020, development work on the creation of a Russian computer-assisted design system for radars (radar CAD) was completed. Radar CAD provides extensive opportunities for creating simulation models for developing the hardware-software complex of radar algorithms, which take into account the specific conditions of aerospace environment observation. The purpose of the present work is to review and demonstrate the capabilities of radar CAD in terms of implementing and testing algorithms for processing stochastic signals.

Methods

Methods. The work is based on the mathematical apparatus of linear algebra. Analysis of algorithms characteristics was carried out using the simulation method.

Results

Results. A simulation model of a sector surveillance radar with a digital antenna array was created in the radar CAD visual functional editor. The passive channel included the following algorithms: algorithm for detecting stochastic signals; algorithm for estimating the number of stochastic signals; direction finding algorithm for stochastic signal sources; adaptive spatial filtering algorithm. In the process of simulation, the algorithms for detecting and estimating the number of stochastic signals produced a correct detection sign and an estimate of the number of signals. The direction-finding algorithm estimated the angular position of the sources with an accuracy of fractions of degrees. The adaptive spatial filtering algorithm suppressed interfering signals to a level below the antenna's intrinsic noise power.

Conclusions

Conclusions. The processing of various types of signals can be simulated in detail on the basis of the Russian radar CAD system for the development of functional radar models. According to the results of the simulation, coordinates of observing objects were obtained and an assessment of the effectiveness of the algorithms was given. The obtained results are fully consistent with the theoretical prediction. The capabilities of radar CAD systems demonstrated in this work can be used by specialists in the field of radar and signal processing.

имитационное моделированиеалгоритм обработки радиолокационной информациисистема автоматизированного проектированиярадиолокационная станцияадаптивная пространственная фильтрацияsimulation modelingradar information processing algorithmcomputer-aided design systemradar stationadaptive spatial filteringReferencesСозинов П.А., Коновальчик А.П., Саушкин В.П. Актуальные вопросы создания отечественной САПР для проектирования РЛС. Вестник воздушно-космической обороны. 2019;3(23):106-119.Sozinov P.A., Konoval'chik A.P., Saushkin V.P. Relevant questions of indigenous CAD development for radar engineering. Vestnik vozdushno-kosmicheskoi oborony = Aerospace Defense Herald. 2019;3(23):106-119 (in Russ.).Созинов П.А., Коновальчик А.П. Основные подходы к разработке отечественной системы автоматизированного проектирования радиолокационных станций и текущие результаты. Радиотехника. 2020;84(7-13): 62-74. https://doi.org/10.18127/j00338486-202007(13)-08Sozinov P.A., Konoval'chik A.P. Basic approaches to the development of a domestic system of automated design of radar stations and current results. Radiotekhnika = Radioengineering. 2020;84(7-13):62-74 (in Russ.). https://doi.org/10.18127/j00338486-202007(13)-08Коновальчик А.П., Конопелькин М.Ю., Щирый А.О., Арутюнян А.А. Этапы проектирования перспективных радиолокационных станций в специализированной САПР. Вестник воздушно-космической обороны. 2020;4(28):111-119.Konoval'chik A.P., Konopel'kin M.Yu., Shchiryi A.O., Arutyunyan A.A. Stages of designing advanced radar stations in specialized domestic CAD system. Vestnik vozdushno-kosmicheskoi oborony = Aerospace Defense Herald. 2020;4(28):111-119 (in Russ.).Коновальчик А.П. Система автоматизированного проектирования радиолокационных станций: принципы построения процесса проектирования. Вестник воздушно-космической обороны. 2021;2(30):52-64.Konoval'chik A.P. Computer-aided design of radar stations: principles for constructing the design process. Vestnik vozdushno-kosmicheskoi oborony = Aerospace Defense Herald. 2021;2(30):52-64 (in Russ.).Коновальчик А.П., Конопелькин М.Ю., Плаксен-ко О.А., Щирый А.О. Постановка задачи разработки и предварительная архитектура отечественной САПР РЛС полного сквозного цикла. Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2017;20:127-130.Konoval'chik A.P., Konopel'kin M.Yu., Plaksenko O.A., Shchiryi A.O. Statement of the task of development and preliminary architecture of the domestic CAD radar of a full end-to-end cycle. Novye informatsionnye tekhnologii v avtomatizirovannykh sistemakh = New Information Technologies in Automated Systems. 2017;20:127-130 (in Russ.).Коновальчик А.П., Плаксенко О.А., Щирый А.О. Концепция многоуровневого проектирования РЛС в разрабатываемой САПР РЛС полного сквозного цикла. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017;17(4):889-892.Konoval'chik A.P., Plaksenko O.A., Shchiryy A.O. The concept of multi-level design of radars in the developed CAD radar of a full end-to-end cycle. Fundamental'nyye problemy radioelektronnogo priborostroyeniya = Fundamental Problems of Radio-Electronic Instrumentation. 2017;17(4):889-892 (in Russ.).Коновальчик А.П., Конопелькин М.Ю., Плаксен-ко О.А., Щирый А.О. Отечественная система автоматизированного проектирования радиолокационных систем, комплексов и станций с учетом средств воздушно-космического нападения. Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2018;10(1):40-47.Konoval'chik A.P., Konopel'kin M.Y., Plaksenko O.A., Shchiryy A.O. Domestic system for computer-aided design of radar systems, complexes and stations, taking into account the means of aerospace attack. Naukoyemkiye tekhnologii v kosmicheskikh issledovaniyakh Zemli = H&ES Research. 2018;10(1):40-47 (in Russ.).Коновальчик А.П., Плаксенко О.А., Щирый А.О. Функции имитации боевых действий в разрабатываемой отечественной САПР РЛС полного сквозного цикла. Вопросы радиоэлектроники. 2018;3:30-34.Konoval'chik A.P., Plaksenko O.A., Shchiryy A.O. Functions of simulating combat actions in the developed domestic CAD radar of a full end-to-end cycle. Voprosy radioelektroniki= Issues of Radio Electronics. 2018;3: 30-34 (in Russ.).Коновальчик А.П., Плаксенко О.А., Щирый А.О. Реализация имитационного моделирования в разрабатываемой отечественной САПР РЛС полного сквозного цикла. Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2018;21:290-293.Konoval'chik A.P., Plaksenko O.A., Shchiryy A.O. Implementation of simulation modeling in the developed domestic CAD radar of a full end-to-end cycle. Novyye informatsionnyye tekhnologii v avtomatizirovannykh sistemakh = New Information Technologies in Automated Systems. 2018;21:290-293 (in Russ.).Коновальчик А.П., Плаксенко О.А., Щирый А.О. Обоснование облика перспективных радиолокационных станций посредством разрабатываемой отечественной системы автоматизированного проектирования. Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2019;11(1):4-11.Konoval'chik A.P., Plaksenko O.A., Shchiryy A.O. Substantiation of the appearance of promising radar stations using the developed domestic computer-aided design system. Naukoyemkiye tekhnologii v kosmicheskikh issledovaniyakh Zemli = H&ES Research. 2019;11(1): 4-11 (in Russ.).Skolnik M.I. Radar Handbook. Third Edition. McGraw-Hill; 2008. 1328 p.Skolnik M.I. Radar Handbook. Third Edition. McGraw-Hill; 2008. 1328 p.Петров С.В. Синтез и анализ алгоритмов обнаружения стохастических сигналов в системах с многоэлементной антенной решеткой. Антенны. 2015;7:29-36.Petrov S.V. Synthesis and analysis of stochastic signal detection algorithms in the multi-element antenna array systems. Antenny = Antennas. 2015;7:29-36 (in Russ.).Петров С.В. Синтез и анализ алгоритма оценивания числа стохастических сигналов в системах с многоэлементной антенной решеткой. Антенны. 2015;9:15-22.Petrov S.V. Synthesis and analysis of the algorithm for estimating the number of stochastic signals in systems with a multi-element antenna array. Antenny = Antennas. 2015;9:15-22 (in Russ.).Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь; 2003. 200 с.Ratynskii M.V. Adaptatsiya i sverkhrazreshenie v antennykh reshetkakh (Adaptation and Superresolution in Antenna Arrays). Moscow: Radio i svyaz'; 2003. 200 p. (in Russ.).Van Trees H.L. Detection, estimation and modulation theory. Part IV. Optimum array processing. Wiley; 2002. 1443 p.Van Trees H.L. Detection, estimation and modulation theory. Part IV. Optimum array processing. Wiley; 2002. 1443 p.Ратынский М.В. Оценка эффективности адаптивной пространственной фильтрации. Радиотехника. 2013;8:38-44.Ratynskiy M.V. On the evaluation of adaptive spatial filtering efficiency. Radiotekhnika = Radioengineering. 2013;8:38-44 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.