СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА РАДИОМОЛЧАЩИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2020 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах мониторинга наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Технология скрытного дистанционного радиомониторинга подвижных объектов, использующая естественный радиоподсвет целей, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения, пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения, пространственной локализации и сопровождения широкого класса радиомолчащих подвижных объектов.

Известен способ дистанционного мониторинга радиомолчащих объектов [1], заключающийся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы, которые объединяют в матричный цифровой сигнал, матричный цифровой сигнал запоминают и преобразуют в сигнал пространственной корреляционной матрицы, который совместно с зависящим от азимутально-угломестного направления приема прямого радиосигнала, длины волны и геометриирешетки сигналом вектора наведения преобразуют в сигнал оптимального весового вектора, который совместно с матричным цифровым сигналом преобразуют в прямой цифровой сигнал, который запоминают, формируют и запоминают зависящие от временного сдвига комплексные взаимно корреляционные функции (ВКФ) между цифровым сигналом отдельной антенны и прямым цифровым сигналом, определяют максимальное значение модуля каждой комплексной ВКФ и фиксируют соответствующие этим максимумам значения комплексной ВКФ, вычисляют разностные цифровые сигналы, формируют зависящие от временного и частотного сдвигов комплексные двумерные взаимно корреляционные функции (ДВКФ) между каждым разностным цифровым сигналом и прямым цифровым сигналом, усредняют модули комплексных ДВКФ, определяют по максимумам усредненной ДВКФ число сжатых сигналов и фиксируют значения задержки по времени и абсолютного доплеровского сдвига каждого р-го сжатого сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму усредненной ДВКФ составляющие комплексных ДВКФ как сжатый по времени и частоте р-й сигнал, выделяют и запоминают значениясоставляющих комплексных ДВКФ, задержки по времени и абсолютного доплеровского сдвига каждого р-го сжатого сигнала, по выделенным значениям р-ых идентифицированных составляющих комплексных ДВКФ синтезируют комплексный двумерный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяют азимутально-угломестное направление прихода р- го сжатого сигнала, по значениям задержки и абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода обнаруживают и определяют пространственные координаты подвижных объектов.

Данный способ содержит операции формирования классической двумерной взаимной корреляционной функции, которая, кроме основного лепестка, ширина которого ограничивает разрешающую способность обнаружения, содержит высокие боковые лепестки, маскирующие сигналы далеких и слабо рассеивающих объектов.

Более эффективным является способ дистанционного мониторинга радиомолчащих объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:

выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром;

синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика;

синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы s_n, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал из которого формируют цифровой прямой сигнал s';

преобразуют прямой сигнал s' в многочастотный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными объектами в ожидаемых областях доплеровских частот и задержек, запоминают матричный сигнал А;

преобразуют сигнал отдельной антенны s_n в сигнал комплексного частотно-временного изображения где A^H - матрица, эрмитово сопряженная с А;

сигнал запоминают и используют в качестве начального приближения, а также итерационно формируют зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал - z-й элемент вектора k=1, 2, … - номер итерации, и сигнал очередного приближения комплексного частотно-временного изображения где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K;

после чего, усредняют модули текущих частотно-временных изображений отдельных антенн

по локальным максимумам усредненного частотно-временного изображения z=1, …, Z, где Z - число элементов изображения, определяют число рассеянных радиосигналов и фиксируют значения временной задержки и доплеровского сдвига каждого р-го рассеянного радиосигнала;

идентифицируют соответствующие отдельному максимуму усредненного изображения элементы комплексных частотно-временных изображений как составляющие р-го рассеянного радиосигнала;

выделяют и запоминают значения идентифицированных составляющих по которым синтезируют комплексный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяют азимутально-угломестное направление прихода р-го рассеянного сигнала, по значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода обнаруживают и определяют пространственные координаты подвижных объектов.

Способ-прототип обеспечивает обнаружение и пространственную локализацию радиомолчащих объектов с повышенной разрешающей способностью и увеличенным динамическим диапазоном.

Однако, у способа-прототипа на этапе обнаружения применяются операции некогерентного суммирования сигналов двумерных частотно-временных изображений, сформированных из сигналов отдельных антенн решетки. Другими словами, у способа-прототипа на этапе обнаружения отсутствует пространственная избирательность, характерная для случая когерентного суммирования сигналов всех антенн в антенных решетках, что приводит к следующим недостаткам способа-прототипа:

потере чувствительности на 3 дБ при обнаружении, измерении пространственных координат и сопровождении объектов в условиях некоррелированности шумов и помех;

дополнительному снижению чувствительности обнаружения при наличии в окружающем пространстве источников коррелированных помех (например, сигналов передатчиков, частоты радиоизлучений которых совпадают с частотой приема рассеянных объектами сигналов).

Кроме того, у способа-прототипа отсутствуют операции компенсации прямого сигнала подсвета и рассеянных стационарными объектами сигналов. Как следствие, прямой сигнал и рассеянные стационарными объектами сигналы маскируют эхо-сигналы малоразмерных низкоскоростных объектов, что дополнительно ограничивает чувствительность и, как следствие, дальность при их обнаружении и сопровождении.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является ограниченная чувствительность при обнаружении и сопровождении радиомолчащих объектов.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности при обнаружении и сопровождении радиомолчащих объектов.

Повышение чувствительности достигается за счет применения новых операций:

компенсации помех, маскирующих эхо-сигналы объектов;

когерентного формирования на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига и в каждой части ожидаемой области задержек элементов многомерного пространственно-частотно-временного изображения из сигналов всех антенн решетки и их объединения в результирующее изображение, вместо формирования из сигналов отдельных антенн совокупности двумерных частотно-временных изображений и последующего их некогерентного суммирования.

Технический результат достигается тем, что в способе дистанционного мониторинга радиомолчащих объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы s_n, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал из которого формируют цифровой прямой сигнал s', согласно изобретению, преобразуют прямой сигнал s' в частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции А_ων, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными подвижными и стационарными объектами в ожидаемой области угловых направлений на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига со в ν-й части ожидаемой области задержек, частичные матричные сигналы А_ων запоминают и объединяют в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А₀ для нулевого значения доплеровского сдвига частоты, объединяют запомненные цифровые сигналы антенн s_n в векторный сигнал векторный сигнал s запоминают и преобразуют в сигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты где - матрица, эрмитово сопряженная с А₀, с использованием сигнала в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал - z - я компонента вектора элемента изображения k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого, из очищенного векторного сигнала для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты со в каждой ν-й части ожидаемой области задержек формируют сигнал начального приближения а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал и сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения, до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов изображения в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н, после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения где компонента матричного сигнала Н, определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты ω, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема каждого рассеянного радиосигнала выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.

Операции способа поясняются чертежом.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2, вычислительную систему 3 и блок управления и индикации 4.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт поиска источников подсвета, включающий преобразователь частоты 1-2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-3 и устройство обнаружения 1-4, а также тракт приема прямых и рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-5, АЦП 1-6 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7. Вычислительная система 3 включает блок синтеза частотно-временного изображения 3-1, блок сравнения 3-2, устройство формирования вспомогательного и взвешивающего сигнала 3-3 и блок формирования сигнала фазирующей функции 3-4. При этом система 2 соединена с входом блока 4, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, блок 4 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам. Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для поиска и измерения параметров синхронизации передатчиков подсвета объектов, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, а также для адаптивной пространственной фильтрации полезных прямых и рассеянных радиосигналов. Отметим, что после того, как параметры синхронизации прямого радиосигнала выбранного передатчика подсвета измерены или когда они априорно известны, прямой радиосигнал передатчика может быть сформирован путем моделирования в системе 2.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать измерение азимутально-угломестного направления прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности, конформной. Для улучшения различения сигналов не только по пространству, но и по поляризации требуется существенное различие поляризационных откликов антенн решетки, то есть антенная решетка должна быть неоднородной (гетерогенной), и иметь антенные элементы с отличающимися векторными диаграммами направленности. Преобразователи частоты 1-2 и 1-5 являются N-канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов. АЦП 1-3 и 1-6 также являются N-канальными и синхронизированы сигналом одного опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан). Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, то вместо преобразователей частоты 1-2 и 1-5 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, преобразователи частоты 1-2 и 1-5 обеспечивают подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки приемных каналов по внешнему источнику сигнала. Возможна калибровка с использованием внутреннего генератора, выход которого также подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. Устройство обнаружения 1-4 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-7 представляют собой вычислительные устройства. Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления рабочего списка передатчиков радиосигналов с расширенным спектром, используемых для подсвета заданной области контролируемого пространства, а также для формирования модельных сигналов выбранных передатчиков. Вычислительная система 3 предназначена для формирования сигнала фазирующей функции (блок 3-4), формирования вспомогательного и взвешивающего сигналов (устройство 3-3), сравнения числа итераций с заданным порогом (блок 3-2) и синтеза пространственно-частотно-временного изображения (блок 3-1).

Устройство работает следующим образом.

В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных радиопередатчиках подсвета, поступающих от устройства 1-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется рабочий список передатчиков, излучающих радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации подвижных объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования. Кроме того, в системе 2 регенерируются принятые прямые радиосигналы или формируются модельные сигналы передатчиков с требуемыми параметрами синхронизации.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, его форма, параметры синхронизации и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно точки приема) запоминаются в подсистеме 2, поступают в блок 4, а также используются для настройки преобразователей 1-2 и 1-5. С целью упрощения цепи управления преобразователем не показаны.

По сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-2 начинает перестраиваться с заданным темпом в заданном диапазоне частот поиска радиосигналов, например, в диапазоне 10-1000 МГц. При этом тракт поиска осуществляет поиск и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета, излучающих радиосигналы с расширенным спектром, на дискретной сетке частот поиска. Принятый каждым антенным элементом с номером «антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-2. Сформированные в преобразователе 1-2 радиосигналы преобразуется с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы, которые поступают в устройство обнаружения 1-4, в котором на каждой частоте дискретной сетки частот поиска осуществляется обнаружение и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета. Функционирование устройства обнаружения 1-4 основано на широко известных способах радиоконтроля, например, [3].

Одновременно по сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-5 перестраивается на заданную частоту приема. Тракт приема синхронно принимает на заданной частоте многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал выбранного передатчика с расширенным спектром и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика.

Принятый каждым антенным элементом с номером п антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал s_n(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-5.

Сформированные в преобразователе 1-5 радиосигналы s_n(t) синхронно преобразуются с помощью АЦП 1-6 в цифровые сигналы где - номер временного отсчета сигнала, {}^Т - означает транспонирование.

Цифровые сигналы отдельных антенн s_n поступают в устройство 1-7 и в блок 3-1, где запоминаются.

Кроме того, в устройстве 1-7 выполняются следующие действия:

- цифровые сигналы отдельных антенн s_n объединяются в матричный цифровой сигнал размером N×I;

- из матричного цифрового сигнала S формируется N×N сигнал пространственной корреляционной матрицы R;

- сигнал корреляционной матрицы R преобразуется в N×1 сигнал оптимального весового вектора w=R^-1v, где v-N×1 вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением, длиной волны (частотой) прямого радиосигнала и геометрией решетки;

- преобразуется матричный цифровой сигнал S в прямой цифровой сигнал s'^T=w^HS.

Физически описанные операции адаптивной пространственной фильтрации обеспечивают направленный прием полезного прямого радиосигнала выбранного передатчика подсвета с заданного направления с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений. Отметим, что технически реализуемая глубина подавления помех достигает величины 40 дБ [4]. Это обеспечивает выигрыш в чувствительности при обнаружении слабых рассеянных сигналов на последующих этапах обработки.

Сформированный в устройстве 1-7 прямой цифровой сигнал s' поступает и запоминается в блоке 3-4.

После этого, в блоке 3-4 цифровой прямой сигнал s' преобразуется в одночастотные частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции A_ων, которые поступают в устройство 3-3, где запоминаются.

Преобразование прямого сигнала s' в одночастотный частичный матричный сигнал A_ων осуществляется по следующим формулам:

где

- матрица фазирующей функции по угловому направлению размером N×L. Множители учитывают фазовый сдвиг, вызванный различным пространственным расположением антенн решетки (определяемым их радиус-векторами r_n), ожидаемым направлением прихода сигнала а также отличием диаграмм направленности антенн и их ориентацией. Для ненаправленных антенн справедливо следующее: - волновой вектор, зависящий от частоты приема и направления прихода сигнала;

символ обозначает прямое произведение матриц, - векторы размером I×1, являющиеся задержанными по времени на qT_s версиями опорного сигнала s'; q=0, …, Q-1, Q - число временных задержек прямого сигнала; T_s - период выборки сигнала;

- матрицы доплеровских сдвигов размером I×I, ω=0,±1, …, ±Ω, (2Ω+1) - размер координатной сетки по доплеровскому сдвигу. Значения доплеровского сдвига частоты пробегают дискретный ряд значений ω/(IT_S).

Разбиение ожидаемой области задержек может быть равномерным или неравномерным. В простейшем случае равномерного разбиения число временных задержек в каждой ν-й части ожидаемой области задержек одинаково и равно где Q - общее ожидаемое число задержек, а - число частей, на которые разбивается ожидаемая область задержек.

Отметим, что чем меньше число тем меньше размерность частичного матричного сигнала комплексной фазирующей функции А_ων и, как следствие, тем выше быстродействие последующих этапов синтеза пространственно-частотно-временного изображения. Однако, экспериментально установлено, что число задержек в каждой части ожидаемой области задержек должно быть не менее 10. Это ограничивает размерность частичного матричного сигнала комплексной фазирующей функции A_ων снизу.

При равномерном разбиении ожидаемой области задержек одночастотные частичные матричные сигналы А_ων будут иметь одинаковый размер. При неравномерном разбиении сигналы А_ων будут отличаться размером.

Таким образом, столбцы матрицы A_ων представляют собой задержанные по времени, сдвинутые по частоте доплеровского сдвига и фазированные по направлению версии прямого сигнала s, а размер этой матрицы определяется числом отсчетов I в разведываемом сигнале (длительностью интервала наблюдения), числом антенн N, числом временных задержек в ν-й части ожидаемой области задержек и размерами координатной сетки по направлениям прихода L.

Кроме того, в устройстве 3-3 из сигнала A_ων последовательно вычисляются сигналы которые запоминаются. Кроме того сигналы A_ων объединяются в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А₀ для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты. Объединение сигналов A _0ν осуществляется в порядке возрастания задержек. Из сигнала А₀ формируются вспомогательные сигналы которые также запоминаются и поступают в блок 3-1.

В блоке 3-1 запомненные цифровые сигналы антенн s„ объединяются в векторный сигнал Векторный сигнал s запоминается, а также с использованием сигналов поступивших от блока 3-3, преобразуется в сигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты (вектор с размером QL×1).

Полученный в блоке 3-1 сигнал элемента изображения запоминается в блоке 3-2 в качестве начального приближения и транслируется в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации с номером k=1.

В устройстве 3-3 с использованием сигнала элемента изображения, полученного на предыдущей итерации, то есть при k=1, формируется зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал где - z-я компонента вектора элемента изображения и взвешивающий сигнал Значение множителя Лагранжа λ выбирают исходя из уровня шумов в каналах приема. Взвешивающий сигнал поступает в блок 3-1.

В блоке 3-1 с использованием сигнала и запомненного векторного сигнала s синтезируется сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал

Сигнал запоминается в блоке 3-1. Сигнал поступает в блок 3-2, где также запоминается для использования на следующей итерации. Кроме того сигнал поступает в устройство 3-3 для запоминания и инициализации очередной итерации синтеза элемента пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты и очищенного сигнала.

После чего, в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 выполняется описанная ранее последовательность операций по формированию сигналов запоминанию сигналов а также сравнению номера текущей итерации с заданным порогом K.

При превышении номером текущей итерации порога K в устройстве 3-3, блоках 3-1 и 3-2 из запомненных сигналов для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω формируется сигнал начального приближения а затем итерационно получается и запоминается вспомогательный матричный сигнал где - z-я компонента вектора элемента изображения и сигнал очередного приближения элемента очищенного комплексного частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K.

При превышении номером текущей итерации заданного порога K в блоке 3-1 сформированные сигналы элементов очищенного изображения объединяются в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н.

Отметим, что сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н может быть трехмерным при синтезе изображения в координатах " азимут-доплеровский сдвиг частоты-задержка" или четырехмерным при синтезе изображения в координатах "азимут-угол места-доплеровский сдвиг частоты-задержка".

Объединение элементов очищенного изображения в матричный сигнал Н осуществляется путем присоединения элементов очищенного изображения друг к другу в порядке убывания доплеровского сдвига частоты ω.

Например, при фиксированном значении азимутально-угломестного направления приема рассеянного радиосигнала матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения формируется в соответствии со следующей формулой:

Матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н поступает в блок 4.

В блоке 4 вычисляются квадраты модулей матричного сигнала результирующего комплексного частотно-временного изображения Н. По локальным максимумам квадратов модулей определяется число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты со, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема каждого рассеянного радиосигнала выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение подвижных объектов.

Обнаружение, пространственная локализация и сопровождение объектов осуществляется известными способами, например, [3].

Кроме того, для повышения информативности в блоке 4 отображаются результаты обнаружения, пространственной локализации и сопровождения объектов.

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, при формировании пространственно-частотно-временных изображений эхо-сигналов объектов осуществляет компенсацию маскирующих помех и многомерную обработку сигналов всех антенн решетки, которая в части пространственной обработки сигналов эквивалентна когерентному формированию суммарной пространственной диаграммы направленности антенной решетки. Это, по сравнению с реализованной в способе-прототипе некогерентной обработкой сигналов отдельных антенн решетки, повышает, как минимум, на 3 дБ чувствительность в условиях некоррелированности шумов и помех и улучшает помехоустойчивость и помехозащищенность при наличии расположенных в окружающем пространстве источников коррелированных помех. Как следствие, повышается дальность обнаружения и точность сопровождения широкого класса пилотируемых и беспилотных малоразмерных низкоскоростных радиомолчащих объектов.

Таким образом, за счет применения новых операций когерентного формирования на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига и в каждой части ожидаемой области задержек элементов очищенного от маскирующих помех пространственно-частотно-временного изображения эхо-сигналов подвижных объектов из сигналов всех антенн решетки и их объединения в результирующее изображение, вместо операций формирования совокупности двумерных частотно-временных изображений из сигналов отдельных антенн и последующего некогерентного их суммирования, удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.

Источники информации

1. RU, патент, 2444754, кл. G01S 13/02, 2012 г.

2. RU, патент, 2524401, кл. G01S 13/02, 2014 г.

3. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К.Н. Трофимова. Том 4. Радиолокационные станции и системы. Под ред. М.М. Вейсбейна, М, "Сов. радио". 1978. 376 с.

4. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003 г.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности при обнаружении и сопровождении радиомолчащих объектов. Повышение чувствительности достигается за счет применения операций компенсации маскирующих помех и когерентного формирования на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига и в каждой части ожидаемой области задержек элементов многомерного пространственно-частотно-временного изображения из сигналов всех антенн решетки и их объединения в результирующее изображение вместо операций некогерентного суммирования совокупности двумерных частотно-временных изображений, сформированных из сигналов отдельных антенн. 1 ил.

1. Способ дистанционного мониторинга радиомолчащих объектов, заключающийся в том, что выбирают передатчик, излучающий радиосигнал с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевые радиосигналы, включающие прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют принятые антеннами радиосигналы в цифровые сигналы s_n, где n - номер антенны, которые запоминают и объединяют в цифровой матричный сигнал S={s₁, …, s_n, …, s_N}^T, из которого формируют цифровой прямой сигнал s', отличающийся тем, что преобразуют прямой сигнал s' в частичные матричные сигналы комплексной фазирующей функции A_ων, каждый из которых включает гипотетические сигналы, рассеиваемые потенциальными подвижными и стационарными объектами в ожидаемой области угловых направлений на каждой ожидаемой частоте доплеровского сдвига ω в ν-й части ожидаемой области задержек, частичные матричные сигналы A_ων запоминают и объединяют в полный матричный сигнал комплексной фазирующей функции А₀ для нулевого значения доплеровского сдвига частоты, объединяют запомненные цифровые сигналы антенн s_n в векторный сигнал , векторный сигнал s запоминают и преобразуют в сигнал элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения для нулевого значения ω=0 доплеровского сдвига частоты , где - матрица, эрмитово сопряженная с А₀, с использованием сигнала в качестве начального приближения итерационно формируют и запоминают зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал , где - z-я компонента вектора элемента изображения , k=1, 2, … - номер итерации, а также сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения , где λ - множитель Лагранжа, и очищенный от прямого и рассеянных стационарными объектами сигналов векторный сигнал до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, после этого из очищенного векторного сигнала для каждого ожидаемого ненулевого значения доплеровского сдвига частоты ω в каждой ν-й части ожидаемой области задержек формируют сигнал начального приближения , а затем итерационно получают и запоминают вспомогательный матричный сигнал и сигнал очередного приближения элемента комплексного пространственно-частотно-временного изображения до тех пор, пока номер текущей итерации не превысит заданный порог K, объединяют сформированные сигналы элементов изображения в матричный сигнал результирующего комплексного пространственно-частотно-временного изображения Н, после чего по локальным максимумам квадрата модуля матричного сигнала результирующего изображения , где - компонента матричного сигнала Н, определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям доплеровского сдвига частоты ω, временной задержки q и азимутально-угломестного направления приема каждого рассеянного радиосигнала - выполняют обнаружение, пространственную локализацию и сопровождение объектов.