Способ определения местоположения квазинепрерывного широкополосного источника радиоизлучения мобильным комплексом радиотехнического наблюдения Российский патент 2018 года по МПК G01S5/06 

Область применения

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании многопозиционных комплексов радиотехнического наблюдения (КРТН), использующих в качестве координатно-информативного параметра взаимную задержку принятых радиоизлучений.

Уровень техники

Известна система определения координат [1], реализующая разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения (ИРИ). Он заключается в приеме и измерении задержек Δτ_i сигнала группой взаимосвязанных с известным местоположением приемных позиций (ПП), решении гиперболических уравнений на центральной приемной позиции, на основе которого определяют координаты источника радиоизлучения.

Недостаток данного способа состоит в недопустимо больших ошибках при местоопределении (МО) источников радиоизлучения, излучающих квазинепрерывные широкополосные сигналы (КНШПС) [2, 3].

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по технической сущности является корреляционный способ определения местоположения источника радиоизлучения в гиперболической системе по измеренным разностям хода сигнала источника радиоизлучения до приемной позиции [4].

Сущность способа-прототипа поясняется фиг. 1, где представлено взаимное расположение приемных позиций и источника радиоизлучения на плоскости. На фиг. 1 обозначены d₁=d₂=d - расстояние между центральной и боковыми приемными позициями (ЦПП и БПП), R - расстояние от центральной позиции до источника радиоизлучения (ИРИ), θ - угол между базой d₂ и прямой R.

Реализация способа-прототипа заключается в измерении разностей хода сигнала на приемных позициях по максимуму огибающей взаимной корреляционной функции системой взаимной корреляционной обработки и основана на измерении комплексной огибающей взаимной корреляционной функции сигналов, принятых разнесенными позициями

где , - комплексные огибающие сигналов принятых в первой и второй позиции; Δτ - разность хода обнаруживаемого квазинепрерывного широкополосного сигнала.

При этом в качестве обнаружителя используется многоканальный по разности хода цифровой коррелятор, выполненный по квадратурной схеме. Определение координат источников квазинепрерывных широкополосных сигналов основано на корреляционной обработке сигналов, принимаемых одновременно центральным и боковым приемными позициями [5]. Корреляционная обработка сигналов и последующая обработка информации производится аппаратурой, размещаемой на центральной приемной позиции, куда сигнал, принятый боковыми приемными позициями, предварительно преобразованный приемником и аналого-цифровым преобразователем, передается по линии связи.

Измерение разности хода Δτ осуществляется по положению локального максимума амплитуды взаимной корреляционной функции на оси задержек (разностей хода), а разрешение - путем выделения локальных максимумов амплитуд взаимной корреляционной функции.

Потенциальная среднеквадратическая ошибка измерения разности хода определяется выражением [6]

где τ_кор - интервал корреляции квазинепрерывного широкополосного сигнала (τ_кор=1/Δf, Δf - полоса широкополосного сигнала по уровню 3 дБ); q - отношение сигнал/шум в максимуме взаимной корреляционной функции.

Для измерения разности хода применяется алгоритм весовой обработки амплитуд сигналов на выходе многоканального коррелятора

где A_k - амплитуда взаимной корреляционной функции в k-м канале, соответствующем разности хода Δτ_к (здесь суммирование ведется для тех Δτ_k, которые относятся к рассматриваемому локальному максимуму взаимной корреляционной функции).

Таким образом, по положению локального максимума амплитуды взаимной корреляционной функции реализуется измерение разности хода Δτ квазинепрерывных широкополосных сигналов в разностно-дальномерной системе, фиг. 2.

Анализ возможностей данного способа позволяет сделать вывод, что для его реализации потребуется широкополосный канал связи, многоканальная аппаратура при параллельном поиске максимума и (или) большие временные затраты для расчета при последовательном поиске. В реальных условиях взаимная корреляционная функция формируется многопиковой из-за флуктуаций амплитуды (огибающей) квазинепрерывного широкополосного сигнала, которые возникают за счет многолучевого распространения сигнала.

К недостаткам способа-прототипа относятся:

- низкая точность определения местоположения источника квазинепрерывного широкополосного сигнала из-за многопиковости взаимной корреляционной функции;

- необходимость широкополосного канала связи и усложнение аппаратуры;

- большое время, затрачиваемое на оценку координат широкополосного источника радиоизлучения.

Цель изобретения - повышение точности определения координат источников радиоизлучения, излучающих квазинепрерывные широкополосные сигналы.

Сущность изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение точности местоопределения, сокращение времени определения местоположения источника квазинепрерывного широкополосного сигнала в комплексе радиотехнического наблюдения.

Указанный технический результат достигается тем, что в приемных позициях комплекса радиотехнического наблюдения для измерения комплексной огибающей взаимной корреляционной функции сигналов используется не значение комплексных огибающих сигналов, а параметр, характеризующий временную зависимость энергии принятого квазинепрерывного широкополосного сигнала в каждой приемной позиции комплекса радиотехнического наблюдения.

При этом в предлагаемом способе выполняется следующая последовательность операций:

1. Прием N-элементной эквидистантной антенной решеткой квазинепрерывного широкополосного сигнала на каждой приемной позиции комплекса радиотехнического наблюдения.

2. Оценка разности хода квазинепрерывного широкополосного сигнала на всех приемных позициях комплекса радиотехнического наблюдения. Данная операция включат в себя:

формирование m интервалов наблюдения t_н, где (фиг. 3);

расчет корреляционной матрицы (КМ) сигналов R_xx(m) за сформированный интервал наблюдения t_н входной реализации квазинепрерывного широкополосного сигнала на интервалах наблюдения в соответствии с формулой

где |x_m| - амплитуда сигнала от источника КНШПС; - дисперсия шума;

, , i≠j - фазовые сдвиги в антенных элементах: где d₀ - расстояние между антенными элементами решетки;

i, j - номера антенных элементов; λ - длина волны сигнала; φ - угол прихода волны от источника КНШПС;

расчет разностной корреляционной матрицы (РКМ) сигналов по формуле

расчет определителя разностной корреляционной матрицы , формирование и нормирование зависимости , в интересах построения линий положений;

вычисление взаимной корреляционной функции зависимости на этом временном интервале с полученными в приемных позициях зависимостями

определение времени разности хода для каждой позиции по максимуму огибающей взаимной корреляционной функции системой взаимной корреляционной обработки (на фиг. 4 представлено определение времени разности хода для трех приемных позиций). Измерение разностей хода для квазинепрерывного широкополосного сигнала должно обеспечиваться в реальном масштабе времени одной и той же системой взаимной корреляционной обработки.

3. Оценка координат источника квазинепрерывного широкополосного радиоизлучения разностно-дальномерным способом на основе анализа временной зависимости определителя разностно-корреляционных матриц сигналов формируемых в элементах антенных решеток приемных позиций комплекса радиотехнического наблюдения.

Таким образом, в предлагаемом способе выполняется следующая последовательность операций, фиг. 5.

Новыми существенными признаками изобретения являются:

- формирование интервала наблюдения t_н;

- расчет R_хх(m) корреляционной матрицы сигналов за сформированные интервалы наблюдения входной реализации квазинепрерывного широкополосного сигнала;

- расчет ΔR_xx(m) разностной корреляционной матрицы сигналов;

- расчет определителя разностной корреляционной матрицы сигналов, в интересах построения линий положений;

- вычисление взаимной корреляционной функции зависимости на этом временном интервале с полученными в приемных позициях зависимостями;

- определение времени разности хода для каждой позиции по максимуму огибающей взаимной корреляционной функции системой взаимной корреляционной обработки;

- оценка координат источника квазинепрерывного широкополосного сигнала разностно-дальномерным способом на основе анализа временной зависимости определителя разностно-корреляционных матриц сигналов формируемых в элементах антенных решеток приемных позиций комплекса радиотехнического контроля.

Предложенный способ обладает следующими преимуществами: более высокая точность местоопределения источника КНШПС за счет более точного измерения разности хода сигнала, уменьшение времени, затрачиваемого на оценку координат благодаря отсутствию необходимости передачи широкополосного сигнала по каналу связи.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и аналогами позволяет сделать вывод, что оно соответствует критерию новизны и обладает существенными отличиями. Положительный эффект достигается за счет введения указанных дополнительных процедур, что позволяет повысить точность местоопределения и сократить время определения местоположения источника квазинепрерывного широкополосного сигнала в комплексе радиотехнического наблюдения.

На основании приведенного описания из известных комплектующих с применением известного в радиоэлектронной промышленности технологического оборудования может быть изготовлена и использована в комплексах радиотехнического наблюдения аппаратура для определения местоположения квазинепрерывных широкополосных источников радиоизлучения. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «применимость».

Источники информации

1. Патент RU №2000129837, опубл. 20.10.2002 г. Патент RU №2204145, опубл. 05.10.2003 г.

2. Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

3. Torrierry D.J. Statistical Theoryof Passive Location Systems // IEEE Trans. 1984. V.AES-20. №2. P. 183.

4. Булыгин Л.Ф., Веневцев С.Ю., Скворцов B.C. Устройство для вычисления взаимной корреляционной функции в разнесенной радиолокационной системе // Пат. 2163383 С2 РФ, MПК⁷G01S 7/42. Заявитель и патентообладатель - Акционерное общество открытого типа «Лантан». - №99109721/09; заявл. 14.05.1999; опубл. 20.02.2001, Бюл. №4. - 9 с. (международный).

5. Уфаев В.А. Обнаружение сигналов и оценивание их параметров при многоканальном приеме. - Войсковая часть 33872, 1993. - 162 с.

6. Павлов В.А. Основы радиоразведки и средства радиоразведки в комплексах РЭП. Часть 1. - Воронеж: ВАИУ, 2008. - 364 с.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании многопозиционных комплексов радиотехнического наблюдения. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности определения местоположения источников квазинепрерывного широкополосного сигнала комплексом радиотехнического наблюдения и уменьшение времени местоопределения источников радиоизлучения. Способ заключается в: приеме антенной решеткой квазинепрерывного широкополосного сигнала на каждой приемной позиции комплекса радиотехнического наблюдения, формировании интервалов наблюдения длительностью t_н, на которых рассчитывается корреляционная матрица сигналов R_xx(m) входной реализации квазинепрерывного широкополосного сигнала по определенной формуле, расчете разностной корреляционной матрицы сигналов ΔR_xx(m)=R_xx(m)-R_xx(m+l), расчете определителя разностной корреляционной матрицы с последующим формированием и нормированием зависимости для построения линий положений; вычислении взаимной корреляционной функции зависимости по соответствующей формуле, определении разности хода для каждой позиции по максимуму огибающей взаимной корреляционной функции системой взаимной корреляционной обработки, оценке координат источника квазинепрерывного широкополосного сигнала разностно-дальномерным способом на основе анализа временной зависимости определителя разностно-корреляционных матриц сигналов формируемых в элементах антенных решеток приемных пунктов комплекса радиотехнического наблюдения. 5 ил.

Способ определения местоположения квазинепрерывного широкополосного источника радиоизлучения мобильным комплексом радиотехнического наблюдения, заключающийся в приеме антенной решеткой квазинепрерывного широкополосного сигнала на каждой приемной позиции комплекса радиотехнического наблюдения, оценке разности временных запаздываний (разности хода) квазинепрерывного широкополосного сигнала на всех приемных позициях комплекса, отличающийся тем, что формируется интервалов наблюдения длительностью t_н, на которых рассчитывается корреляционная матрица сигналов R_xx(m) входной реализации квазинепрерывного широкополосного сигнала с последующим расчетом разностной корреляционной матрицы сигналов ΔR_xx(m)=R_xx(m)-R_xx(m+1), ее определителя , вычислением взаимной корреляционной функции зависимости , определением разности хода для каждой позиции по максимуму ее огибающей и оценке координат источника квазинепрерывного широкополосного сигнала разностно-дальномерным способом.