СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01S5/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения априорно неизвестных источников радиоизлучения по излучениям их передатчиков, для обнаружения ионосферных каналов обеспечения сверхдальней радиолокации, анализа воздействия мощного электромагнитного излучения на ионосферу с целью оценки негативного воздействия на ионосферу и биообъекты.

Проблемы определения с высокой точностью местоположения и распознавание источников электромагнитного излучения (передатчиков, «нагревных стендов», радионагревательных комплексов) связаны с совершенствованием систем связи и радиотехнического обеспечения, использующих сложные сигналы с малой спектральной плотностью мощности. В связи с энергетической скрытностью сложных сигналов необходимо минимизировать число приемных позиций (US, патент 5719584, МПК G01S 3/02, 1998 г.), а для сохранения однозначности результатов требуется увеличение числа приемных позиций (FR, патент 2688892, МПК G01S 3/40, 1989 г.).

Известен способ многопозиционного определения местоположения передатчиков декаметровых волн по патенту RU №2285935, МПК G01S 5/04, 2005 г., в котором для повышения точности определения местоположения передатчиков по широкому классу сигналов, включая сложные сигналы с малой спектральной плотностью мощности, устраняют аномальные ошибки измерений на основе комбинации однопозиционного и многопозиционного способов определения координат, при этом учитывается дополнительная информация о закономерностях ионосферного распространения сигналов передатчика.

Известен способ распознавания сигналов систем связи по патенту RU №2340910, МПК G01R 23/16, 2008 г., при котором осуществляется адаптивная многоступенчатая настройка параметров системы приема и цифровая обработка сигнала: преобразование Фурье, получение спектров сигнала и измерение его частотных параметров (средняя частота спектра, ширина его полосы частот).

Так как предлагаемое техническое решение основано на воздействии электромагнитного излучения на ионосферу, то в качестве прототипа принят способ однопунктовой дальнометрии источников электромагнитного излучения по патенту RU №2118836, МПК G01S 5/02, 1998 г., в котором дальность определяется по времени задержки ионосферного отражения относительно сигнала земной волны, высоте отражающего слоя ионосферы и учитываются характеристики сигнала, для чего определяют опорную частоту электромагнитного излучения, соответствующую максимуму амплитудного спектра сигнала.

Практически все вышеуказанные способы обнаружения и определения источника электромагнитного излучения тем или иным путем решают задачу повышения точности определения местоположения (координат, дальности, направление излучения) источников, которая является важнейшей характеристикой таких измерений, а ее улучшение актуальной задачей.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение достоверности обнаружения и распознавания (идентификации) источника электромагнитного излучения (нагревного стенда) путем использования информации ионосферного отражения сигнала нагревного стенда в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах.

Для достижения технического результата предлагается способ однопозиционного обнаружения и распознавания источника электромагнитного излучения, включающий прием в высокочастотном диапазоне магнитной составляющей электромагнитного поля по нескольким ортам, определение амплитуды и несущей частоты, соответствующей максимуму амплитудного спектра сигнала для определения пеленга (направления прихода электромагнитного излучения) на источник излучения при превышении установленного порога обнаружения, в котором дополнительно определяют в высокочастотном диапазоне вид и параметры модуляции (индекс, девиация, время девиации и т.д.) принятого сигнала, наличие гармонических составляющих несущей частоты, время начала и окончания существования сигнала, дополнительно осуществляют прием сигнала в низкочастотном диапазоне, определяют амплитуду, частоту, вид временной функции и пеленг на его источник, сравнивают время начала и окончания существования сигналов в высокочастотном диапазоне, у которых обнаружено две и более гармонических составляющих несущей частоты, с временем начала и окончания существования сигналов в низкочастотном диапазоне, вид модуляции сигналов высокочастотного диапазона и вид временной функции сигналов низкочастотного диапазона, и выделяют те пары сигналов источников излучения, у которых разница во времени прихода сигналов постоянна, вид модуляции высокочастотного сигнала и вид временной функции низкочастотного сигнала одинаковы, а направления пеленгов на сигналы в низкочастотном и высокочастотном диапазонах совпадают. При выполнении этих условий сигнал идентифицируют, как принадлежащий к распознаваемому источнику электромагнитного излучения (нагревному стенду).

На фиг.1 приведена блок-схема, поясняющая принцип построения алгоритма распознавания сигналов предлагаемым способом; на фиг.2 - пример спектрального распределения в ВЧ диапазоне частот с исключением постоянно работающих радиосредств (частоты 2.8 и 6.5 МГц); на фиг.3 - исключение сигналов, не превышающих установленный порог обнаружения; на фиг.4 - панорамный обзор сигнала частотой 4.3 МГц, превышающего порог обнаружения для определения частоты модуляции (маркер на чертеже соответствует частоте модуляции 6.8-7.0 кГц); на фиг.5 - определение закона модуляции сигнала частотой 4.3 МГц (гармонический); на фиг.6 - поиск в НЧ диапазоне сигналов с частотами, равными модуляционным частотам сигналов в ВЧ диапазоне (частота 7 кГц присутствует и совпадает с модуляционной частотой сигнала 4.3 МГц в ВЧ диапазоне); на фиг.7 - вид временной диаграммы сигнала НЧ диапазона (сравнение времени существования сигнала, совпадение вида с законом модуляции сигнала частотой 4.3 МГц показывает на принадлежность сигнала 4.3 МГц к сигналу нагревного стенда); на фиг.8 - структурная схема устройства для реализации способа.

Выполнение способа основано на определении и сравнении ключевых параметров высокочастотного (в диапазоне от 2 до 12 МГц) и низкочастотного (в диапазоне от 0,8 Гц до 100 кГц) электромагнитных излучений. Определение параметров производится с помощью цифровой обработки сигналов, осуществляемой над массивами данных, полученных с трех приемных каналов (магнитной составляющей по ортам X/Y/Z геомагнитного поля) каждого преобразователя магнитного поля.

В частности, используются алгоритмы многоточечного быстрого преобразования Фурье, вычисления сверток и статистической обработки. Определение пеленга источников электромагнитного излучения производится путем попарной взаимной корреляционной обработки сигналов на выходах приемно-усилительных трактов устройства для осуществления способа.

По-операционно предлагаемый способ заключается в следующем:

- устанавливается порог обнаружения сигналов (отношение сигнал/шум составляет около 13 дБ);

- устанавливается полоса анализа 5 кГц для сканирования частотного диапазона;

- производится анализ радиоэлектронной обстановки с формированием банка данных постоянно работающих радиосредств (радиостанций, радиомаяков, РЛС и др.) по критерию превышения среднего уровня гармоники установленного порога обнаружения (первичный анализ приводится 1 сутки);

- исключаются из анализа частоты, включенные в банк данных (фиг.2);

- устанавливается полоса анализа 200 Гц для сканирования частотного диапазона и поиска сигналов источников радиоизлучений ИРИ (нагревных стендов);

- производится поиск сигналов и анализ по критерию превышения среднего уровня гармоники установленного порога обнаружения (фиг.3);

- определяются их параметры (несущая частота, вид и частота модуляции, наличие 2-ой и 3-ей гармоник несущей частоты (фиг.4-5));

- идентификация источника излучения: однозначный критерий принадлежности к нагревному стенду - наличие гармоник несущей частоты (две и более), так как это подтверждает нелинейность источника электромагнитного излучения (неоднородность отражающей среды в ионосфере);

- производится определение пеленга на источник ВЧ излучения при превышении сигнала источника излучения на 10 дБ установленного порога обнаружения;

- поиск модуляционных частот в низкочастотном диапазоне (фиг.6);

- определение параметров сигнала в низкочастотном диапазоне;

- определение пеленга на источник НЧ излучения при превышении сигнала источника излучения на 10 дБ установленного порога обнаружения;

- сравнение данных параметров ВЧ и НЧ излучений и определение возможного предназначения работы нагревного стенда в этот период с этими режимами (фиг.7).

Передача данных на выход устройства: центральная частота, вид модуляции, пеленг, время.

Устройство для осуществления данного способа (фиг.8) состоит из двух частей: низкочастотной и высокочастотной.

Низкочастотная часть включает преобразователь магнитного поля 1 (три стержневые антенны) для измерения в поддиапазоне 0,8-40 Гц, преобразователь магнитного поля 2 (три стержневые антенны) для измерения в поддиапазоне 60-10000 Гц, магнитную изотропную рамочную антенну 3 для измерения в поддиапазоне 10-100 кГц. Каждый из трех каналов преобразователей 1-3 подключены к блоку обработки 4, входы-выходы которого соединены через волоконно-оптическую линию связи (ВОЛС) с блоком сопряжения 5, входы-выходы которого через USB-порт подключены к персональному компьютеру 6.

Синхронизация работы блоков осуществляется посредством источников высокостабильной тактовой частоты 7 и 11, в качестве которых использован приемник GPS.

Высокочастотная часть комплекса включает магнитную изотропную антенну 8 для измерения в диапазоне 2-12 МГц, с трех каналов которой сигналы поступают на блок обработки 9, входы-выходы которого через USB-порт подключены к персональному компьютеру 10.

Объединяет обе части комплекса сетевой концентратор (HUB) 12, входы-выходы которого через Ethernet-порт соединены соответственно с входами-выходами персональных компьютеров (ПК) 6 и 10 и являются выходом устройства.

Прием сигналов осуществляется магнитными преобразователями (антенны) 1-3, 8, каждый из которых имеет три независимых идентичных канала приема магнитной составляющей электромагнитного поля по ортам X/Y/Z, размещенными в одной приемной системе. Сигналы НЧ диапазона поступают в модуль предварительных усилителей блока обработки 4, где широкополосный усилитель с программируемым коэффициентом усиления и высоким подавлением синфазной помехи, а также НЧ-фильтр приводят сигналы к требуемому уровню. Далее сигналы в блоке обработки 4 поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и в центральный процессор предварительной обработки сигналов. Мультиплексированный сигнал по шине данных передается в контроллер оптического приемо-передатчика и через волоконно-оптическую линию связи - на блок сопряжения 5.

Для координатно-временной привязки сигналов используется GPS-приемник с возможностью передачи ежесекундного сигнала точного времени (широта, долгота, время, дата) и решающий задачу пеленгации на источник, удовлетворяющий условиям регистрации. Прием, преобразование оптического сигнала в электрический сигнал, его демультиплексирование и передача на контроллер USB-порта производится в блоке сопряжения 5 (НЧ диапазона) и в блоке 9 (ВЧ диапазона). Передача-прием данных ПК 6 и 10 между ВЧ и НЧ частями устройства по каналам связи Ethernet.

Предложенная совокупность признаков позволяет использовать при обнаружении и определении источника излучения информацию о закономерностях и особенностях ионосферного распространения сигналов в высокочастотном и низкочастотном диапазонах излучений, когда ионосфера выполняет роль детектора, механизм действия которых пока не изучен. В результате использования данного способа число возможных сигналов, подлежащих анализу, уменьшается, повышая достоверность идентификации источника излучения.

Изобретение может быть использовано для определения местоположения априорно неизвестных источников радиоизлучения по излучениям их передатчиков. Достигаемым техническим результатом является повышение достоверности обнаружения и идентификации источника электромагнитного излучения путем использования информации ионосферного отражения сигнала в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах. Способ включает прием в ВЧ и НЧ диапазонах магнитной составляющей поля по нескольким ортам, определение у принятого сигнала амплитуды, несущей частоты, вид и параметры модуляции, наличие гармонических составляющих несущей частоты, время начала и окончания существования сигнала, вид временной функции и пеленг на его источник, сравнивают время начала и окончания существования сигналов в ВЧ диапазоне, у которых обнаружено две и более гармонических составляющих несущей частоты, с временем начала и окончания существования сигналов в НЧ диапазоне, выделяют те пары сигналов источников излучения, у которых разница во времени прихода сигналов постоянна, вид модуляции ВЧ сигнала и вид временной функции НЧ сигнала одинаковы, а направления пеленгов на сигналы в НЧ и ВЧ диапазонах совпадают. При выполнении этих условий сигнал идентифицируют как принадлежащий к распознаваемому источнику электромагнитного излучения. 8 ил.

Способ обнаружения и распознавания источника электромагнитного излучения, включающий прием в высокочастотном диапазоне магнитной составляющей электромагнитного поля по нескольким ортам, определение амплитуды и несущей частоты, соответствующей максимуму амплитудного спектра сигнала для определения пеленга на источник излучения при превышении установленного порога обнаружения, отличающийся тем, что определяют в высокочастотном диапазоне вид и параметры модуляции принятого сигнала, наличие гармонических составляющих несущей частоты, время начала и окончания существования сигнала, дополнительно осуществляют прием сигнала в низкочастотном диапазоне, определяют амплитуду, частоту, вид временной функции и пеленг на его источник, сравнивают время начала и окончания существования сигналов в высокочастотном диапазоне, у которых обнаружено две и более гармонических составляющих несущей частоты, с временем начала и окончания существования сигналов в низкочастотном диапазоне, вид модуляции сигналов высокочастотного диапазона и вид временной функции сигналов низкочастотного диапазона и выделяют те пары сигналов источников излучения, у которых разница во времени прихода сигналов постоянна, вид модуляции высокочастотного сигнала и вид временной функции низкочастотного сигнала одинаковы, а направления пеленгов на сигналы в низкочастотном и высокочастотном диапазонах совпадают.