بخشی از مقاله
چکیده - رادارهای با احتمال شنود کم - LPI - ، دسته ای از رادارها هستند که با تغییر در مشخصات سیگنال ارسالی خود سعی می شود احتمال شنود آنها توسط گیرنده های شنود و همچنین موشکهای ضد تشعشع کاهش یابد. به عنوان یکی از انواع مهم سیگنالینگهای رادارهای LPI می توان به رادارهای با سیگنال FMCW - موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس - اشاره نمود.
در این مقاله روشی مبتنی بر تئوری آشکارسازی جهت کشف سیگنال رادارهای FMCW ارائه گردیده است. بمنظور حل مسأله بیشینه سازی در ساختار آماره آشکارسازی و به دلیل عدم امکان حل مسأله با روش تئوری، از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. در ادامه با استفاده از شبیه سازی، عملکرد روش ارائه شده با بعضی از روشهای موجود مقایسه گردیده است که نشاندهنده عملکرد قابل قبول روش پیشنهادی است.
-1 مقدمه
رادار با ارسال امواج الکترومغناطیس به محیط، در خصوص وجود اهداف تصمیم گیری می کند.ویژگی ارسال امواج الکترومغناطیس توسط رادار، جهت کشف اهداف، باعث می شود که رادار در مقابل سیستم های شنود و همچنین موشک های ضد تشعشع آسیب پذیر گردد. به این خاطر در مراجع راداری بحث از رادارهایی با احتمال شنود کم - Low Probability of Intercept - مطرح می گردد .[1]
در این نوع رادارها با تغییر در مشخصات سیگنال ارسالی، سعی می گردد شرایطی فراهم گردد که احتمال تشخیص رادار توسط دستگاه شنود کاهش یابد. کاهش سطح توان ارسالی، افزایش پهنای باند سیگنال ارسالی، استفاده از شکل موجهای نامنظم و ناشناخته - از جمله این تکنیک می توان به رادارهای نویزی و همچنین رادارهای با کدینگ پالس اشاره نمود - ، و بعضی تکنیکهای دیگر، از جمله روشهای تبدیل رادار به یک رادار LPI می باشد. از انواع این رادارها می توان به رادارهای FMCW - موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس - اشاره نمود.
جهت شناسایی این نوع رادارها در مناطق جنگی از گیرنده های شنود متفاوتی نظیر گیرنده های ویدئو کریستالی، گیرنده سوپرهتروداین، گیرنده کانالیزه، ... استفاده می گردد .[2] سیگنال عبور داده دهش از گیرنده، معمولاً توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال - ADC - نمونه برداری می گردد تا بتوان از تکنیکهای پردازش سیگنال دیجیتال برای آن استفاده نمود. یکی از پردازشهای بسیار پرکاربرد در بحث تشخیص رادارهای LPI، استفاده از تبدیل فوریه می باشد . ولی تکنیکهای پردازشی پیچیده تری نیز برای این منظور وجود دارند که استفاده از آنها در تشخیص پارامترهای سیگنال رادار به ما کمک می کند.
این روشها شامل تبدیلهای زمان- فرکانس و دو فرکانسی می باشند. بطور کلی، روش های زیادی برای تجزیه یک شکل موج در صفحه زمان- فرکانس وجود دارد. مرسوم ترین روش، استفاده از تجزیه سیگنال به مؤلفه های پایه متعامد می باشد که شامل دو دسته اصلی تبدیلات خطی و تبدیلات غیر خطی است .[3] از جمله تبدیلهای خطی می توان به تبدیل فوریه زمان کوتاه [4]، تبدیل موجک [5-6] و اشاره نمود.
همچنین تبدیلهایی مانند توزیع وینر- ویل [7-8]، توزیع چویی-ویلیامز و تبدیل هاف [9]، از جمله تبدیل های غیر خطی محسوب می شوند. در این مقاله از روش تئوری آشکارسازی جهت کشف رادار FMCW استفاده شده است. با توجه به آماره آشکارسازی حاصل، نیاز به حل یک مسأله بیشینه سازی است که با درنظر گرفتن پیچیدگی آن، امکان حل به صورت تئوری وجود ندارد. به همین دلیل الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش بهینه سازی برای این منظور استفاده شده است.
-2 مسأله آشکارسازی سیگنال رادار FMCW
یکی از انواع روشهای بهبود خاصیت LPI بودن یک رادار، کاهش سطح توان ارسالی می باشد. یکی از تکنیکهای پیاده سازی این موضوع، موج پیوسته نمودن سیگنال ارسالی رادار به جای استفاده از رادار پالسی می باشد. خاصیت پخش سیگنال ارسالی در حوزه زمان باعث می شود که سطح توان ارسالی لحظه ای پایین بیاید . اولین ایده مورد استفاده در این راستا، استفاده از رادارهای موج پیوسته ساده است که یک سیگنال سینوسی تک فرکانس را به صورت پیوسته زمان و بدون هیچ وقفه ای ارسال می نماید.
ارسال سیگنال بدون هیچ برچسب زمانی باعث می شود که الگوریتم پردازش رادار هیچ احساسی نسبت به مدت زمان تأخیر سیگنال دریافتی و در نتیجه فاصله هدف، نداشته باشد. به همین دلیل پیشنهاد استفاده از انواع مدولاسیونها برای سیگنال موج پیوسته ارائه می گردد تا رادار بتواند مشابه با رادار پالسی، فاصله اهداف احتمالی را نیز تشخیص دهد. یکی از انواع سیگنالهای مورد استفاده در همین راستا، سیگنال FMCW می باشد.
مزیت استفاده از سیگنال FMCW در مقابل رادارهای موج پیوسته ساده و پالسی، برخورداری از هر دو ویژگی کاهش سطح توان ارسالی و همچنین امکان فاصله سنجی می باشد. ضمناً اینکه با توجه به فرم سیگنال FMCW ، در واقع پهنای باند سیگنال نیز نسبت به موج پیوسته ساده افزایش یافته است که این نیز به نوبه خود باعث مشکلتر شدن ساخت گیرنده شنود برای آن می باشد. از جمله سایر مزایای این نوع سیگنالینگ می توان به امکان استفاده از مدارات نیمه هادی برای ساخت آن، حد تفکیک بالای قابل حصول با استفاده از این رادارها، امکان پردازش آسان و سریع سیگنال FMCW با استفاده از تبدیل FFT و همچنین ایجاد قابلیت پیاده سازی STC در حوزه فرکانس اشاره نمود.
حال در اینجا هدف ما آنست که در سیگنال دریافتی در گیرنده شنود به صورت اتوماتیک تشخیص دهیم که آیا سیگنالی به فرم گفته شده، وجود دارد یا خیر. واژه اتوماتیک از این جنبه استفاده شده است که در واقع الگوریتم پردازشی ارائه گردد که با پردازش مستقیم سیگنال و بدون دخالت و نظر دادن کاربر انسانی، بتواند وجود چنین سیگنالی را در سیگنال دریافتی به ما اعلام نماید. جهت انجام این کار و با توجه به ماهیت مسأله، در این مقاله، استفاده از تئوری آشکارسازی پیشنهاد شده است. در واقع صورت مسأله موردنظر ما کاملاً بر صورت مسأله بنیادی در تئوری آشکارسازی تطابق دارد.
نکته ای که بایستی در اینجا بر آن تأکید گردد، مزایای روش پیشنهادی می باشد که شامل تعمیم آن به مسأله کشف سایر سیگنالهای راداری، امکان بسط مسأله به مسأله کشف همزمان چند رادار و در نهایت امکان درنظر گرفتن مدلهای مختلف آماری برای نویز می باشد. به هر صورت جهت بیان مسأله، فرض کنید دستگاه شنودی در اختیار ما می باشد که نمونه های سیگنال نویز گیرنده آن را با دنباله w[n] نشان می دهیم.
