در این مقاله آشکارسازی اهداف متحرک ضعیف پنهان شده در مجاورت اهداف قوی سریع را با استفاده از الگوریتم FAPC بررسی می­ کنیم. فیلتر منطبقِ رادارهای فشرده سازی پالس متعارف در اطراف هدفی با نسبت سیگنال به نویز بزرگ، لوب های جانبی برد بزرگی تولید می­ کند که می­ تواند اهداف کوچک را پنهان نماید. عدم تطبیق ایجادشده در سیگنال دریافتی به واسطه جابه­ جایی فازی دوپلر، عملکرد فیلتر APC در کاهش سطح لوب های جانبی را تنزل می­ دهد. در این مقاله الگوریتم FFL-FAPC پیشنهادشده است که برای کاهش لوب های جانبی برد از تخمین­ گر RMMSE به روش پساپردازش استفاده می­ کند. در سناریوهای مختلف آشکارسازی اهداف پنهان شده را در مقایسه با روش­ های قبلی، بررسی می­ کنیم. نتایج شبیه سازی نشان می­ دهد که الگوریتم FFL-FAPC علاوه بر کاهش قابل ملاحظه هزینه محاسبات، مقاومت دوپلر را هم بهبود می­ بخشد.

فیلتر منطبق در گیرنده رادار فقط با نسخه سیگنال ارسالی تطبیق دارد و به دلیل عدم تطبیق با سیگنال دریافتی از محیط، خروجی آن دچار تلف می شود. دامنه گلبرگ های جانبی خروجی فیلتر منطبق در رادارهای مجهز به فشرده سازی پالس به شکل موج کدشده ارسالی وابسته است که به اندازه طول کد در دو طرف موقعیت هدف گسترده می شوند. برای آشکارسازی یک هدف ضعیف در مجاورت یک هدف قوی، گلبرگ های جانبی خروجی فیلتر منطبق ناشی از هدف قوی سبب پوشانندگی هدف ضعیف و عدم آشکارسازی آن می شود. به طورمعمول گستره پویایی رادار براساس نسبت بیشینه توان دریافتی به کمینه توان قابل آشکارسازی تعریف می شود که به سطح آستانه و گلبرگ های جانبی وابسته هستند. الگوریتم های وفقی با شرط حفظ تفکیک پذیری برد موجب کاهش سطح گلبرگ های جانبی تا سطح نوفه شده و در نتیجه گستره پویایی را افزایش می دهند. در این مقاله یک الگوریتم وفقی بهبودیافته (از نظر بارمحاسباتی و مقاومت در برابر دوپلر) مبتنی بر تخمین گر کمینه میانگین مربعات خطا (MMSE) به نام الگوریتم مرمت فشرده سازی پالس وفقی با طول فیلتر منعطف (FFL-APCR) پیشنهاد می شود، که طول فیلتر در آن وابسته به طول کد ارسالی است. همچنین نشان داده می شود که طول کد ارسالی در تعیین حد مجانبی پیک گلبرگ های جانبی و گستره پویایی تاثیرگذار است؛ به علاوه تاثیر سرعت زیاد هدف بر پهن شدگی گلبرگ اصلی و تنزل عملکرد فیلترهای وفقی بررسی می شود؛ در نهایت افزایش گستره پویایی رادار با الگوریتم پیشنهادی FFL-APCR در شرایط مختلف نشان داده و عملکرد آن با معیار میانگین مجذور خطا (MSE) ارزیابی می شود.

در رادارهای پالس دوپلر معمولاً از فشرده سازی پالس و روش پردازش دوپلر برای آشکارسازی هدف متحرک از طریق تبدیل فوریه سریع استفاده می کنند. روش فشرده سازی پالس متعارف و خروجی فیلتر منطبق استاندارد برای آشکارسازی اهداف کوچک نزدیک به یک هدف بزرگ کارایی مناسبی ندارد، زیرا گلبرگ های جانبی خروجیِ فیلتر منطبقِ هدف بزرگ، باعث ماسک شدگی اهداف کوچک می شود. فشرده سازی پالس وفقی این مشکل را به طور قابل توجهی در نویز رفع می کند. اما هدف سریع یک شیفت فاز دوپلر به فرکانس سیگنال دریافتی القاء می کند که باعث عدم تطابق سیگنال دریافتی و سیگنال ارسالی می شود. درنتیجه نسبت توان سیگنال به نویز کاهش می یابد. از آنجائی که فیلتر منطبق در گیرنده رادار فقط با نسخه سیگنال ارسالی تطبیق دارد، به دلیل عدم تطبیق با سیگنال دریافتی از محیط، خروجی آن دچار تلف می شود. معمولاً فشرده سازی پالس وفقی در محیط صرفاً نویزی با یک تک پالس قابل اجرا است اما در حضور کلاتر قوی به چند پالس برگشتی از هدف نیاز دارد. در این مقاله برای تأمین این پالس ها، در فرستنده رادار مجهز به فشرده سازی پالس وفقی، شکل موج های متنوع به وسیله پرش فرکانسی تصادفی در شکل موج فرکانس پله ای (شکل موج فرکانس پله ای تصادفی) تولید می شود. با این روش اهداف ماسک شده در مجاورت یک هدف قوی و کلاتر با روش پیشنهادی آشکار می شود. نتایج شبیه سازی آشکارسازی اهداف متحرک ماسک شده با سایر روش های متداول مقایسه و بررسی می گردد.

در این مقاله، استفاده از بانک فیلتر منطبق موازی بر مبنای کدهای باینری فازی برای غلبه بر شیفت فازی در رادارهای ثابتی که از تکنیک فشرده سازی پالس بهره می برند پیشنهاد شده است. تلفات عدم تطبیق ناشی از شیفت داپلر هدف با استفاده از فیلترهای موازی زوج یا فرد کاهش می یابد. با افزایش تعداد فیلترها در بازه سرعت هدف و نزدیک شدن فرکانس های مرکزی فیلترها به یکدیگر، همپوشانی فیلترها افزایش یافته و در نتیجه، تلف در خروجی کاهش می یابد. تضعیف در خروجی فیلتر منطبق گیرنده به خاطر سرعت اهداف هوایی، با استفاده از نرم افزار MATLAB تحلیل شده و راه حلی برای محاسبه حداقل تعداد فیلتر مورد نیاز که حداقل تلفات SNR را تامین کند، پیشنهاد شده است. در انتها دو روش برای پیاده سازی فیلترهای موازی با FPGA در گیرنده راداری اهداف هوایی ارایه شده است که با هم مقایسه شده اند.

اگر چه سری همراشتاین از نظر محاسباتی برای مدلسازی سیستم های غیر خطی دلخواه می باشد، محاسبه ضرایب بهینه آن عملا پردردسر است. یک راه مناسب برای حل این مشکل استفاده از الگوریتمهای وفقی است. در این مقاله با محاسبه مقدار بهینه پارامتر متغیر با زمان اندازه - پله در یک رابطه بسته، الگوریتم وفقی NLMS برای ساختار همراشتاین پیشنهاد می شود. سپس رفتار همگرائی این الگوریتم توسط شبیه سازیهای کامپیوتری بررسی می گردد. نتایج نشان مید هند که الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم وفقی LMS برای ساختار همراشتاین، در ازای کمی محاسبات بیشتر دارای سرعت همگرائی بسیار بالاتری است.

هدف ضعیف در رادار به اهدافی گفته می شود که به صورت عادی سطح مقطع راداری کمی داشته باشد و یا این که به صورت عمدی میزان سیگنال برگشتی از این اهداف کاهش یافته باشد. برای آشکارسازی یک هدفِ ضعیف، الگوریتم های مختلفی وجود دارد. اما در شرایطی که این هدف در مجاورت یک هدف بزرگ باشد، لوب های جانبی خروجی فیلترِ منطبقِ ناشی از هدفِ بزرگ، هدف ضعیف را می پوشاند و یا پنهان می سازد. فیلتر فشرده سازی پالس وفقی که از تخمین گر RMMSE بهره می برد، توانایی آشکارسازی هدف ضعیف پوشیده شده را دارد. اما حداقل سه عامل محدودکننده (بار محاسباتی، مقاومت در برابر دوپلر و گرفتگی پالس) برای پیاده سازی و کاربردهای عملی RMMSE وجود دارد. در این مقاله الگوریتمی بهینه و یکپارچه مبتنی بر پساپردازش وفقی، برای آشکارسازی اهداف و غلبه بر چالش های RMMSE در سامانه های پدافندی الکترونیکی پیشنهاد می گردد. مقایسه کیفی عملکرد الگوریتم پیشنهادی FFL-APCRبه ازاء SNRها و سرعت های مختلف اهداف با دیگر الگوریتم ها، نشان می دهد که الگوریتم FFL-APCR برای پیاده سازی در سامانه های زمان واقعی مناسب است. الگوریتم FFL-APCR می تواند اهداف ضعیف با سرعت های زیاد و دچار گرفتگی پالس را با بار محاسباتی کمتر آشکار نماید.

میزان حساسیت سامانه رادار و قدرت تفکیک اهداف که به عنوان دو معیار مهم برای هر سامانه راداری تعریف می شود، با به کارگیری روش فشرده سازی پالس، می تواند محقق شود، اما این در صورتی است که در محدوده دیدبانی رادار، کلاتر حضور نداشته باشد. وجود انواع کلاتر در محدوده دیدبانی رادار، به عنوان یک اغتشاش، عملکرد رادار را مختل می کند و منجر به تشخیص اشتباه هدف و درنتیجه بروز هشدار غلط می شود. جبران سازی سطح سیگنال و سطح آستانه تشخیص به صورت تطبیقی، به عنوان یک راهکار، می تواند عملکرد رادار را در این محیط ها بهبود بخشد. بر همین اساس در این پژوهش، با اعمال جبران سازی روی سطح سیگنال ارسالی و سطح آستانه تشخیص به صورت تطبیقی، تلاش می شود تا از تشخیص اشتباه هدف و بروز هشدار غلط در محیط کلاتری جلوگیری به عمل آید. سناریوهای متعددی با استفاده از کد بارکر 13 و 22 موردبررسی قرارگرفته است و در طول شبیه سازی ها ابعاد هدف، فاصله هدف از رادار و نرخ بارش باران تغییر داده شده است. بر مبنای منحنی ROC ثابت شده است که روش پیشنهادی برای طراحی سطح آستانه آشکارسازی نسبت به روش OFDM و CFAR دارای نرخ آَشکارسازی بلاتری است. لازم به ذکر است، تمامی شبیه سازی ها در محیط نرم افزار MATLAB انجام شده است.

فیلترهای وفقی بخش مهمی در بسیاری از سامانه های پردازش سیگنال دیجیتال هستند و در کاربردهای متنوعی از جمله حذف اکو، حذف نویز، سیستم های رادار، سونار و. . . مورد استفاده قرار می گیرند. تحقق سخت افزاری سیستم های پردازش سیگنال دارای مزایایی از قبیل سرعت و بازدهی بالاتر، امکان مجتمع سازی و قابلیت پردازش موازی در مقایسه با تحقق نرم افزاری آن می باشد. امروزه تراشه های FPGA به دلیل دارا بودن ویژگی هایی از قبیل پردازش موازی اطلاعات، انعطاف معماری. . . به طور عمده برای تحقق سخت-افزاری سیستم های دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند. پیاده سازی کارآمد فیلترهای وفقی بر روی تراشه های FPGA امری مهم و در عین حال چالش برانگیز است زیرا این فیلترها بر خلاف فیلترهای غیرتطبیقی نیازمند تکرار محاسبات برای رسیدن به وزن های بهینه هستند. در این مقاله یک تحقق سخت افزاری کارآمد الگوریتم حداقل میانگین مربعات موسوم به LMS ارائه شده که در مقایسه با پیاده سازی گزارش شده در ادبیات مربوطه، دارای فرکانس کاری بالاتر و سطح اشغالی کمتر بر روی تراشه می باشد. صحت نتایج به-دست آمده از طریق مقایسه نتایج پیاده سازی با نتایج به دست آمده از شبیه سازی یک فیلتر تطبیقی LMS حذف نویز تصدیق شده است. از آنجا که جمع آوری و پردازش دائمی اطلاعات و علائم محیطی و معنی دار از جمله ارکان مهم در چرخه مدیریت و جلوگیری از بحران از قبیل سامانه های هشدار دهنده و نیز پدافند غیرعامل می باشد لذا طراحی ارائه شده، می تواند به خوبی در ابزار و ادوات سخت-افزاری مرتبط با این مقوله به کار گرفته شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.