Способ обнаружения объектов беспроводных сетей передачи информации Российский патент 2019 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к методам ближней радиолокации, предназначенных для поиска и обнаружения нелинейно рассеивающих объектов (НРО), скрытых в приповерхностных слоях естественных и искусственных сред. Реализация этих методов осуществляется с помощью так называемых нелинейных радиолокаторов (HP). Перемещаясь в процессе поиска вдоль укрывающей поверхности, HP постепенно сближается с НРО, в результате чего будет наблюдаться рост мощности отраженного сигнала, указывающий на присутствие НРО.

Множество НРО можно разбить на две группы:

- безынерционные НРО, эквивалентные электрические цепи которых содержат только нелинейные резисторные элементы. Типичными представителями безынерционных НРО являются элементы стальных конструкций, сварные или клепанные, подверженные коррозии и ржавчине;

- радиоэлектронные НРО, эквивалентные электрические цепи которых, помимо нелинейных резисторных элементов, содержат также инерционные элементы - индуктивные и емкостные. Типичным представителем радиоэлектронных НРО являются объекты беспроводных сетей передачи информации (БСПИ): мобильные телефоны, электронные подслушивающие устройства, приемные устройства радиоуправляемых взрывателей и т.п., содержащие в своем составе, помимо антенны, -приемник с входным частотно-избирательным контуром [1; стр. 68, 78]. Нелинейным элементом в них являются подключаемые к входному контуру объекта БСПИ безынерционные полупроводниковые устройства (транзисторы) с нелинейными вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Центральная частота f₀ входных контуров объектов БСПИ и их ширина полосы пропуская 2F для типовых стандартов БСПИ являются известными типовыми величинами [1; стр. 41, 54, 71, 85]. В предложенном способе они также считаются известными.

В предложенном способе именно объекты БСПИ, находящиеся в пассивном (неизлучающем) режиме, представляют собой интересующие нас объекты обнаружения, в то время как безынерционные НРО являются источниками ложных помеховых составляющих в принимаемом HP сигнале.

Известны способы обнаружения безынерционных НРО [2], [3], в которых зондирующий сигнал является суммой двух гармонических колебаний, а в приемнике HP регистрируется амплитуда отраженного сигнала на комбинационных частотах. Наличие комбинационных частот в принимаемом HP сигнале является следствием нелинейности ВАХ резисторных элементов безынерционных НРО. Способы-аналоги принципиально могут быть использованы также и для обнаружения объектов БСПИ.

Недостаток аналогов состоит в низких характеристиках обнаружения объектов БСПИ вследствие высокого уровня ложных тревог, создаваемых потоком ложных сигналов, отраженных от безынерционных НРО.

Среди аналогов наиболее близким к предложенному является способ-прототип, в котором осуществляется:

- генерация и одновременное излучение пары гармонических сигналов с частотами f₁ и f₂ (f₁<f₂);

- среди всех возможных комбинационных частот, присутствующих в спектре отраженного объектом БСПИ сигнала, в приемнике прототипа HP выделяется гармонический сигнал с комбинационной частотой f₁+f₂, что предполагает наличие квадратичной α₂U² и/или других четных составляющих в разложении ВАХ полупроводникового элемента в степенной ряд

где I и U - ток и напряжение нелинейного элемента НРО.

Недостаток прототипа состоит в низких характеристиках обнаружения объектов БСПИ на фоне мощного потока ложных сигналов от безынерционных НРО.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения объектов БСПИ.

Для достижения поставленной цели в способе-прототипе, в котором осуществляется первый режим излучения зондирующего сигнала, заключающийся в одновременном излучении пары гармонических сигналов с частотами f₁ и f₂ (f₁<f₂) на интервала времени [0; Т] с ограничением

где F - ширина полосы пропуская входного контура объекта БСПИ, прием отраженного сигнала, выделение в спектре принимаемого сигнала парциальной гармонической составляющей на комбинационной частоте f₁+f₂ и определение амплитуды А этой составляющей, дополнительно осуществляется второй режим излучения зондирующего сигнала, заключающийся в одновременном излучении второй пары гармонических сигналов с частотами f₁* и f₂* на интервале времени [Т; 2Т] с ограничением

определение амплитуды А* парциальной гармонической составляющей в спектре принимаемого сигнала на комбинационной частоте f₁*+f₂* при втором режиме излучения, вычисление разности А-А* с дальнейшим сравнением ее с порогом, причем в обоих режимах излучаемые частоты располагаются симметрично относительно центральной частоты f₀ входного контура объекта БСПИ, а их средние значения (f₁+f₂)/2 и (f₁*+f₂*)/2 выбираются совпадающими с центральной частотой f₀ входного контура объекта БСПИ:

На фиг. 1 изображена упрощенная функциональная схема HP, реализующая предложенный способ, элементы 1-4 которой несут следующее техническое содержание: 1 - ключевая схема: 2 - приемник HP, содержащий в своем составе блок выборки и хранения; 3 - устройство задержки на время Т; 4 - схема вычитания.

На фиг. 2 изображена частотно-временная диаграмма излучаемого HP сигнала.

На фиг. 3 изображено расположение излучаемых частот в двух режимах излучения HP и выделяемой в приемнике HP частоты 2f₀ и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) входного контура объекта БСПИ.

Функционирование предложенного способа состоит в следующем. Для краткости 1-м режимом излучения будем называть одновременное излучение пары гармонических сигналов с частотами f₁ и f₂ соответственно на интервале времени [0; Т], а одновременное излучение второй пары гармонических сигналов с частотами f₁* и f₂* на интервале времени [Т; 2Т] - будем называть 2-м режимом излучения. На фиг. 1 сигнал, излучаемый в 1-м режиме, обозначается как S, а излучаемый во 2-м режиме обозначается как S*. В обоих режимах излучаемые частоты располагаются симметрично относительно центральной частоты f₀ входного контура объекта БСПИ. При 1-м режиме обе излучаемые частоты f₁ и f₂ располагаются в полосе входного контура объекта БСПИ, а во 2-м режиме обе излучаемые частоты f₁* и f₂* располагаются вне полосы входного контура объекта БСПИ. Поэтому при 1-м режиме излучения амплитуда А отраженного от объекта БСПИ сигнала будет значительно больше амплитуды А* при 2-м режиме излучения.

Переключение с периодом Т режимов излучения и приема производится с помощью ключевой схемы 1 фиг. 1, имеющей два входа: на один вход поступает сигнал S, а на второй - сигнал S*. Приемник HP 2 фиг. 1 выделяет из поступающего на его вход отраженного сигнала гармоническое колебание частоты 2f₀ с фиксацией амплитуды этого колебания на конец соответствующего режима излучения: амплитуды А на момент времени t=Т для 1-го режима излучения и амплитуды А* - на момент времени t=2Т для 2-го режима излучения. Для фиксации амплитуд А и А* можно воспользоваться блоками выборки и хранения [4, стр. 154], управляемыми теми же сигналами, которые управляют ключевой схемой 1. Ключевая схема 1 имеет два выхода: напряжение на одном выходе пропорционально амплитуде А, а на другом - амплитуде А*. Для обеспечения возможности сравнения амплитуд А и А* и определения с помощью схемы вычитания 4 их разности (А-А*) в схему фиг. 1 включено устройство задержки 3, осуществляющее задержку отсчета А на время Т. Другая возможность фиксации амплитуд А и А* и определения их разности (А-А*) состоит в использовании микропроцессоров [5; стр. 183] с предварительным аналогово-цифровым преобразованием выходного сигнала приемника HP [5 стр. 239].

В разностной величине (А-А*) компенсируются помеховые составляющие от безынерционных НРО, присутствующие в отраженном сигнале. В дальнейшем разность (А-А*) сравнивается с порогом для принятия решения об обнаружении объекта БСПИ.

Источники информации:

1. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. Москва: Техносфера, 2005 г.

2. Мусабеков П.М., Панычев С.Н. Нелинейная радиолокация: методы, техника и область применения. Зарубежная радиоэлектроника, Успехи современной радиоэлектроники, 2000 г., №5, с. 54÷61.

3. Беляев В.В., Маюнов А.Т., Разиньков С.Н. Состояние и перспективы развития «нелинейной» радиолокации. Успехи современной радиолокации, 2002 г., №6, с. 59-78.

4. Келексаев Б.Г. Нелинейные преобразователи и их применение. «Солон-Р», Москва, 1999 г.

5. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988 г.

Изобретение относится к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих радиоэлектронных объектов, а именно, к методам обнаружения объектов беспроводных сетей передачи информации (БСПИ), скрытых в приповерхностных слоях естественных и искусственных сред и находящихся в пассивном режиме. Достигаемый технический результат – повышение эффективности обнаружения объектов БСПИ. Для улучшения характеристик обнаружения объектов БСПИ на фоне помеховых сигналов от безынерционных нелинейно-рассеивающих объектов в нелинейном радиолокаторе используется два режима излучения: в первом -одновременное излучение пары гармонических сигналов с частотами f₁ и f₂ (fi<f₂) на интервале времени [0; Т], а во втором - одновременное излучение второй пары гармонических сигналов с частотами f₁* и f₂* на интервале времени [Т; 2Т], причем в обоих режимах излучаемые частоты располагаются симметрично относительно центральной частоты f₀ входного контура объекта БСПИ, а их средние значения (f₁+f₂)/2 и (f₁*+f₂*)/2 выбираются совпадающими с f₀: (f₁+f₂)/2=(f₁*+f₂*)/2=f₀. Обработка отраженного сигнала в нелинейном радиолокаторе заключается в выделении парциальной гармонической составляющей на частоте 2f₀, определение амплитуд А и А* этой составляющей при двух режимах излучения соответственно и принятие решения об обнаружении объекта БСПИ путем сравнения разности амплитуд А-А* с порогом. 3 ил.

Способ радиолокационного обнаружения объектов беспроводных сетей передачи информации (БСПИ), в котором осуществляется первый режим излучения зондирующего сигнала, заключающийся в одновременном излучении пары гармонических сигналов с частотами f₁ и f₂ (f₁<f₂) на интервале времени [0; Т] с ограничением (f₂-f₁)≤2(F-1/Т), где F - ширина полосы пропуская входного контура объекта БСПИ, прием отраженного сигнала, выделение в спектре принимаемого сигнала парциальной гармонической составляющей на комбинационной частоте f₁+f₂ и определение амплитуды А этой составляющей, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется второй режим излучения зондирующего сигнала, заключающийся в одновременном излучении второй пары гармонических сигналов с частотами f₁* и f₂* на интервале времени [Т; 2Т] с ограничением 2(F+1/Т)≤(f₂*-f₁*), определение амплитуды А* парциальной гармонической составляющей в спектре принимаемого сигнала на комбинационной частоте f₁*+f₂* при втором режиме излучения, вычисление разности А-А* с дальнейшим сравнением ее с порогом, причем в обоих режимах излучаемые частоты располагаются симметрично относительно центральной частоты f₀ входного контура объекта БСПИ, а их средние значения (f₁+f₂)/2 и (f₁*+f₂*)/2 выбираются совпадающими с частотой f₀:

(f₁+f₂)/2=(f₁*+f₂*)/2=f₀.