Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели Российский патент 2019 года по МПК G01S13/06 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС.

Известна многопозиционная система определения местоположения воздушных судов [1], содержащая наземный радиозапросчик и самолетный ответчик, соединенные линией запроса, не менее трех приемников ответных сигналов, соединенных с самолетным ответчиком по линиям ответа, ЭВМ с модулем расчета координат воздушного судна, выполненным с учетом измерения высоты полета и разности дальностей до воздушного судна относительно местоположения радиозапросчика.

В этой системе отождествление воздушных судов осуществляется по кодированному ответному сигналу, содержащему в общем виде информацию о бортовом номере, высоте, запасе топлива. Однако при отсутствии ответного сигнала отождествление измерений становится невозможным.

Задачей предлагаемого способа является отождествление принимаемых приемником сигналов, рассеянных воздушными целями, с этими целями по измерениям направлений на воздушные цели.

Поставленная задача решается следующим способом:

- радиопередатчики опорных станций РНС излучают навигационные сигналы y₁(t), y₂(t), …, y_N(t), где N - количество радиопередатчиков опорных станций, которые рассеиваются воздушными целями;

- антенная решетка приемника принимает сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), рассеянные воздушными целями, где М - количество воздушных целей, m=1, 2, …, М, формируя сигналы x₁(t), x₂(t), …, x_K(t), где K - количество антенных элементов и передающих каналов из антенной решетки в блок пеленгации и в блок отождествления сигналов,

- блок пеленгации приемника обеспечивает прием сигналов x₁(t), x₂(t), …, x_K(t) с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), рассеянных воздушными целями, принятых К антенными элементами антенной решетки, и определение направлений θ₁, θ₂, …, θ_M прихода сигналов s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), поступающих на антенную решетку от М воздушных целей;

- блок отождествления сигналов, принимая сигналы x₁(t), x₂(t), …, x_K(t) с передающих каналов антенной решетки и направления прихода сигналов θ₁, θ₂, …, θ_M с блока пеленгации, производит оценку вектора S(t), содержащего сигналы s₂(t), …, s_M(t), рассеянные соответствующими воздушными целями

где AN=[A(θ₁), A(θ₂), …, A(θ_M)] - матрица направленности, состоящая из М векторов

^H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения, λ - длина волны, d_k - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕ_k - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,

- вектор сигналов в K каналах антенной решетки.

На Фиг. 1 приведена функциональная схема пространственно распределенной РНС «радиопередатчики - цели - приемник», на фиг. 2 приведена функциональная схема приемника.

Пространственно распределенная РНС состоит из N радиопередатчиков опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N и приемника 2.

Приемник 2 состоит из антенной решетки 2₁ блока пеленгации 2₂ и блока отождествления сигналов 2₃. Антенная решетка 2₁ состоит из K антенных элементов 2_1.1, 2_1.2, …, 2_1.K.

Антенна решетка 2₁ соединена К каналами, количество которых соответствует количеству антенных элементов, с блоком пеленгации 2₂ и с блоком отождествления сигналов 2₃. Блок пеленгации 2₂ соединен с блоком отождествления сигналов 2₃. Блок отождествления сигналов 2₃ имеет выход, по которому отождествленные сигналы передаются потребителю.

Радиопередатчики опорных станций 1₁, 1₂, …, 1_N излучают навигационные сигналы y₁(t), y₂(t), …, y_N(t), которые рассеиваются воздушными целями 3₁, 3₂, …, 3_M.

Приемник 2 принимает сигналы, рассеянные воздушными целями 3₁, 3₂, …, 3_M, находящимися в зоне действия пространственно распределенной РНС. На антенные элементы 2_1.1, 2_1.2, …, 2_1.K антенной решетки 2₁ приемника 2, поступают сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), m=1, 2, …, М), рассеянные целями, приходящие с направлений θ₁, θ₂, …, θ_M, формируя из них вектор

где AN=[A(θ₁), A(θ₂), …, A(θ_M)] - матрица направленности, состоящая из М векторов

соответствующих направлениям θ₁, θ₂, …, θ_M прихода М сигналов,

λ - длина волны,

d_k - расстояние от k-го (k=1, 2, …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки,

ϕ_k - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки.

Сигналы x₁(t), x₂(t), …, x_K(t) с каналов антенной решетки 2₁ передаются в блок пеленгации 2₂ и блок отождествления сигналов 2₃.

Блок пеленгации 2₂, получив сигналы x₁(t), x₂(t), …, x_K(t), от антенной решетки 2₁ с помощью метода пеленгации рассчитывает пространственный спектр сигналов, поступающих на антенную решетку 2₁ и направления их прихода.

Известно множество методов определения направлений на источники изучения радиосигналов. Наиболее известный из них - метод Кейпона [2, с. 43-57]. Он заключается в следующем. Многоэлементная антенная решетка, состоящая из K слабонаправленных антенных элементов, принимает поступающие на нее М сигналов s₁(t), s₂(t), …, s_M(t).

На выходах K элементов антенной решетки 2₁ формируется вектор сигналов

X(t)=AN⋅S(t),

Используя вектор X(t) вычисляют корреляционную матрицу

R(θ)=E[XX^H],

где Е - оператор математического ожидания, ^H - символ транспонирования и комплексного сопряжения.

С использованием корреляционной матрицы рассчитывают спектр мощности, позволяющий определять направления на источники

где вектор А(θ) имеет вид

Направления θ₁, θ₂, …, θ_M, соответствующие максимумам углового спектра мощности Р_сар(θ) представляют собой направления на источники излучений.

Определив направления прихода М сигналов θ₁, θ₂, …, θ_M, блок пеленгации 2₂ передает их в блок отождествления сигналов 2₃.

Блок отождествления сигналов 2₃, получив от антенной решетки 2₁ сигналы x₁(t), x₂(t), …, x_K(t), а от блока пеленгации 2₂ - направления прихода сигналов θ₁, θ₂, …, θ_M с использованием уравнения (1) отождествляет сигналы с воздушными целями 3_M, посредством разделения сигналов, поступающих на антенную решетку 2₁, следующим образом: обе части этого уравнения умножаются на матрицу направленности AN^H

AN^HX(t)=AN^HANS(t),

где ^H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения.

Оценка вектора S(t), содержащего сигналы s₂(t), …, s_M(t), рассеянные соответствующими целями, определяется в виде

Таким образом, в приемнике многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системы каждой воздушной цели поставлен соответствующий ей рассеянный сигнал, который передается потребителю.

Литература

1. Патент 2584689 РФ, МПК G01S 13/74. Многопозиционная система определения воздушных судов / Г.Н. Майков (РФ), А.В. Демидюк (РФ), Е.В. Демидюк (РФ); Майков Геннадий Николаевич (РФ), Демидюк Андрей Викторович (РФ), Демидюк Евгений Викторович (РФ). - №2014145250; Заявлено 11.11.2014; Опубл. 20.05.2016. Бюл. 14. 11 с.: 3 ил.

2. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Методы оценивания параметров источников сигналов и помех, принимаемых антенной решеткой. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые подходы к проблемам генерации, обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применение». Нижний Новгород, 2007, 98 с.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способу отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, в пространственно-распределенной радионавигационной системе (РНС), содержащей радиопередатчики опорных станций РНС и приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы радиопередатчиков РНС. Достигаемый технический результат - отождествление принимаемых приемником сигналов, рассеянных воздушными целями, с этими целями по измерениям направлений на воздушные цели. Указанный результат достигается за счет того, что радиопередатчики опорных станций РНС излучают навигационные сигналы, которые рассеиваются воздушными целями; антенная решетка приемника принимает сигналы, рассеянные воздушными целями; блок пеленгации приемника обеспечивает прием сигналов с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов, рассеянных воздушными целями, принятых антенными элементами антенной решетки, и определение направлений прихода сигналов, поступающих на антенную решетку от воздушных целей; блок отождествления сигналов, принимая сигналы с передающих каналов антенной решетки и направления прихода сигналов с блока пеленгации, производит оценку вектора, содержащего сигналы, рассеянные соответствующими воздушными целями. Таким образом, в приемнике многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системы каждой воздушной цели поставлен соответствующий ей рассеянный сигнал, который передается потребителю. 2 ил.

Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели, содержащей N радиопередатчиков опорных станций радионавигационной системы (РНС), радиоприемник в составе антенной решетки с К антенными элементами, блока пеленгации и блока отождествления сигналов, в котором для подсвета воздушных целей используются сигналы радиопередатчиков опорных станций РНС, осуществляющий:

- радиопередатчиками опорных станций РНС излучение навигационных сигналов y₁(t), y₂(t), …, у_N(t), где N - количество радиопередатчиков опорных станций, которые рассеиваются воздушными целями;

- антенной решеткой радиоприемника прием сигналов s₁(t) s₂(t), …, s_M(t), рассеянных воздушными целями, где М - количество воздушных целей, m=1, 2, …, M, и формирование сигналов x₁(t), x₂(t), …, x_K(t), где K - количество антенных элементов и передающих каналов из антенной решетки в блок пеленгации и в блок отождествления сигналов;

- блоком пеленгации прием сигналов x₁(t), x₂(t), …, x_K(t) с каналов антенной решетки и расчет пространственного спектра сигналов s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), рассеянных воздушными целями, принятых К антенными элементами антенной решетки, и определение направлений θ₁, θ₂, …,θ_M прихода сигналов s₁(t), s₂(t), …, s_M(t), поступающих на антенную решетку от М воздушных целей;

- блоком отождествления сигналов прием сигналов x₁(t), x₂(t), …, x_K(t) с передающих каналов антенной решетки и направлений прихода сигналов θ₁, θ₂, …,θ_M с блока пеленгации, и оценку вектора S(t), содержащего сигналы s₂(t), …, s_M(t), рассеянные соответствующими воздушными целями,

где AN=[A(θ₁), A(θ₂), …, A(θ_M)] - матрица направленности, состоящая из М векторов

^H - индекс транспонирования и комплексного сопряжения, λ - длина волны, d_k - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕ_k - направление на k-й (k=1, 2,..., K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,

- вектор сигналов в K каналах антенной решетки.