СПОСОБ ПЕЛЕНГОВАНИЯ ИСТОЧНИКА СИГНАЛА Российский патент 2002 года по МПК G01S3/00 G01S3/14 

Изобретение относится к области радиотехнических систем определения угловых координат источника сигнала и может быть использовано, например, в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения пеленга на источник априорно неизвестного сигнала.

В настоящее время известен и используется ряд способов пеленгования [1, 2] , среди которых в отдельную группу выделяются амплитудно-фазовые способы, обеспечивающие более высокую помехоустойчивость и возможность одновременного пеленгования нескольких источников.

В свою очередь, среди амплитудно-фазовых способов широкое распространение получили способы пеленгования источника монохромного сигнала, основанные на пространственном спектральном анализе сигнала, принимаемого элементами линейной антенной решетки [3-5]. Указанные способы пеленгования включают в себя прием пеленгуемого сигнала элементами линейной эквидистантной антенной решетки (ЛЭАР), вычисление пространственного спектра пеленгуемого сигнала на основе анализа ковариационной матрицы, измерение пространственной частоты пеленгуемого сигнала и оценку угловой координаты (пеленга) источника сигнала. В данных способах используются операции приема сигнала элементами ЛЭАР и вычисления пространственного спектра пеленгуемого сигнала, являющиеся общими и для предлагаемого способа. Недостатком способов [3-5] является невозможность пеленгования источника широкополосного сигнала, так как они были разработаны в предположении, что пространственный спектр Фурье должен быть дискретным (что соответствует случаю монохромного пеленгуемого сигнала).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ пеленгования [6] , включающий в себя вычисление пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами ЛЭАР, измерение пространственной частоты (волнового числа) пеленгуемого сигнала и оценка угловой координаты (пеленга) источника сигнала в соответствии с выражением:
θ = arcsin(k•λ), (1)
где k - пространственная частота пеленгуемого сигнала;
λ - длина волны пеленгуемого сигнала;
θ - угол, измеряемый от перпендикуляра к оси ЛЭАР.

Для способа-прототипа и предлагаемого способа общими операциями являются прием пеленгуемого сигнала элементами ЛЭАР и вычисление пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала.

Недостатком способа-прототипа является то, что, как следует из выражения (1), оценка пеленга возможна лишь при известной временной частоте f = 1/λ пеленгуемого сигнала; на практике, как правило, временная частота f априорно не известна. Кроме того, указанный способ (а также и другие [3-5]) основаны на предположении о монохромности (квазигармоничности) пеленгуемого сигнала; в случае, если пеленгуемый сигнал является широкополосным (спектр которого является равномерным в некоторой полосе частот), пеленгование становится практически невозможным, так как анализируемый пространственный спектр Фурье пеленгуемого сигнала становится полихромным, а амплитуды его отдельных частотных составляющих уменьшаются пропорционально расширению временного спектра пеленгуемого сигнала.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности пеленгования за счет обеспечения возможности пеленгования источника любого (монохромного, широкополосного и др.), априорно неизвестного сигнала. Предлагаемый способ пеленгования по сравнению с прототипом обеспечивает возможность пеленгования любого априорно неизвестного сигнала (в том числе широкополосного), поскольку он основан на взаимной корреляционной обработке пространственных спектров пеленгуемого сигнала и, следовательно, его помехоустойчивость определяется не видом, а энергией пеленгуемого сигнала.

Положительный технический эффект достигается тем, что в способ пеленгования, включающий в себя вычисление пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами ЛЭАР, дополнительно введены вычисление и комплексное сопряжение пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй ЛЭАР, расположенной перпендикулярно относительно первой ЛЭАР; преобразование масштаба обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону; корреляционный анализ и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала и оценка угловой координаты (пеленга) источника сигнала в соответствии с выражением:
θ = arctg(expΔ),
где Δ - измеренный относительный сдвиг преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала.

Применение перечисленных операций в различных сочетаниях известно [3-5] (например, сочетание приема пеленгуемого сигнала элементами ЛЭАР и последующее вычисление пространственного спектра Фурье обеспечивает возможность пеленгования монохромных сигналов с известной временной частотой f; сочетание масштабирования временного сигнала с последующим корреляционным анализом обеспечивает выделение устойчивых сигнатур временного сигнала); однако именно заявляемая совокупность и последовательность применения перечисленных операций приводит к идентичности преобразованных пространственных спектров Фурье и выделению энергии пеленгуемого сигнала, что и обеспечивает возможность пеленгования источника любого априорно неизвестного сигнала.

На фиг.1 показано взаимное расположение линейных эквидистантных антенных решеток и источника сигнала; на фиг.2 - возможная функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ пеленгования, и эпюры сигналов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ пеленгования, включает в себя первую ЛЭАР 1, первый блок дискретного преобразования Фурье (ДПФ) 2, вторую ЛЭАР 3, второй блок ДПФ 4, блок комплексного сопряжения 5, первый преобразователь масштаба 6, второй преобразователь масштаба 7, блок 8 корреляционного анализа и измерения относительного сдвига, блок оценки пеленга 9. Выходы первой ЛЭАР 1 подключены к соответствующим входам первого блока ДПФ 2, а выходы второй ЛЭАР 3 - к входам второго блока ДПФ 4, выход которого через последовательно соединенные блок комплексного сопряжения 5 и второй преобразователь масштаба 7 подключен к второму входу блока 8. Выход первого блока ДПФ 2 через первый преобразователь масштаба 6 подключен к первому входу блока 8, выход которого соединен с входом блока 9. Блок синхронизации, обеспечивающий работу данного устройства, на фиг.2 не показан. Первая и вторая ЛЭАР 1 и 3 могут быть выполнены аналогично [7], т.е. к выходу каждого элемента ЛЭАР подключается соответствующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выходной сигнал которого соответствует комплексному отсчету выходного сигнала элемента ЛЭАР. Преобразователи масштаба 6 и 7 известны [8]. Блок 8 может быть выполнен на основе коррелятора.

Устройство работает следующим образом.

Пеленгуемый сигнал S (t), приходя от источника на первую ЛЭАР под углом θ (см. фиг. 1), создает на ее раскрыве амплитудно-фазовое распределение (пространственный сигнал), имеющее вид [9]:
S₁(x) = S(x•sinθ).
Пространственный сигнал S(x•sinθ) принимается элементами ЛЭАР 1, преобразуется в цифровые комплексные отсчеты, поступающие на соответствующие входы первого блока ДПФ 2. Выходной сигнал первого блока ДПФ 2 соответствует пространственному спектру пеленгуемого сигнала и имеет вид [9]:

Блоки 3 и 4 функционируют аналогично блокам 1 и 2, но так как ЛЭАР 1 и ЛЭАР 3 взаимно ортогональны, то выходной сигнал второго блока ДПФ 4 имеет вид:

После прохождения блока комплексного сопряжения 5 выходной сигнал блока 4 преобразуется к виду:

Преобразователи масштаба 6 и 7 изменяют масштаб (аргумент) поступающих на их входы сигналов по логарифмическому закону, поэтому выходной сигнал преобразователя 6 имеет вид:

а выходной сигнал преобразователя 7:

Сравнивая выражения для выходных сигналов преобразователей 6 и 7, видим, что они имеют относительный сдвиг в логарифмическом масштабе ln[tgθ], поэтому, произведя корреляционный анализ выходных сигналов преобразователей 6 и 7 в блоке 8:

где Е - энергия пеленгуемого сигнала, и измерив таким образом указанный относительный сдвиг Δ преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала, в блоке 9 осуществляется расчет угловой координаты (пеленга) источника сигнала в соответствии с выражением:
θ = arctg(expΔ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Кукес И. С, Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.: "Сов.радио", 1964-640 с.

2. Радиотехнические системы. Под ред. Ю. М.Казаринова. - М.: Высшая школа, 1990 - 496 с.

3. Джонсон Д. Х. Применение методов спектрального оценивания к задачам определения угловых координат источников излучения. - ТИИЭР, т. 70, 9, с. 126-139
4. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов. Пер. с англ. - М: Радио и связь, 1989 - 472 с.

5. Проблемы антенной техники. Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989, с.88-107.

6. Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, с.74-76.

7. Цифровая адаптивная многолучевая антенная система. Патент РФ 2033670, МПК H 01 Q 3/26.

8. Устройство для масштабирования. Авторское свидетельство СССР 1444757, МКИ G 06 F 7/548.

9. Тынянкин С.И. Помехоустойчивость диаграммообразующих устройств, реализующих алгоритмы обработки на основе преобразования Фурье. Сборник тезисов НТК "Передача, прием и обработка сигналов в системах радиосвязи". - Ростов: ВНТОРЭС им. А.С. Попова, 1990, с.23-24.

Изобретение относится к радиотехническим системам определения угловых координат источника сигнала и может быть использовано, например, в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения пеленга на источник априорно неизвестного сигнала. Способ пеленгования источника сигнала основан на вычислении пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами линейной эквидистантной антенной решетки. Пеленгуемый сигнал дополнительно принимают элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, расположенной перпендикулярно относительно первой линейной эквидистантной антенной решетки, вычисляют комплексно-сопряженный пространственный спектр Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, преобразовывают масштабы обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону, производят корреляционный анализ и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала и оценивают угловую координату (пеленг) источника сигнала в соответствии с выражением: θ = arctg(expΔ), где Δ - измеренный относительный сдвиг преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала. Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности пеленгования путем обеспечения возможности пеленгования источника любого априорно неизвестного сигнала. 2 ил.

Способ пеленгования источника сигнала, основанный на вычислении пространственного спектра Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами линейной эквидистантной антенной решетки, отличающийся тем, что пеленгуемый сигнал дополнительно принимают элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, расположенной перпендикулярно относительно первой линейной эквидистантной антенной решетки, вычисляют комплексно-сопряженный пространственный спектр Фурье пеленгуемого сигнала, принятого элементами второй линейной эквидистантной антенной решетки, преобразуют масштабы обоих вычисленных пространственных спектров пеленгуемого сигнала по логарифмическому закону, производят корреляционный анализ и измерение относительного сдвига преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала и оценивают угловую координату (пеленг) источника сигнала в соответствии с выражением
θ = arctg(expΔ),
где Δ - измеренный относительный сдвиг преобразованных пространственных спектров пеленгуемого сигнала.