УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ КВАЗИНЕПРЕРЫВНОГО ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01S5/06 

Область применения

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

Уровень техники

Известна система определения координат [Патент RU №2000129837, опубл. 20.10.2002 г. Патент RU №2204145, опубл. 05.10.2003 г.], 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) [Кондратьев B.C. и др. Многопозиционные радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.; Torrierry D.J. Statistical Theory of Passive Location Systems // IEEE Trans. 1984. V. AES-20. №2. P. 183].

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по технической сущности является способ, в котором 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 радиотехнического комплекса [Пат. на изобретение №2645297 Российская Федерация Способ местоопределения широкополосного квазинепрерывного источника радиоизлучения комплексом радиотехнического наблюдения / Д.С. Войнов, В.В. Уткин - заявка 2017109655, приоритет 22.03.2017, зарегистрировано 20.02.2018.].

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.

При этом в способе-прототипе выполняется следующая последовательность операций:

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

2. Оценка разности хода квазинепрерывного широкополосного сигнала на всех приемных позициях радиотехнического комплекса с помощью выполнения следующих операций:

формирование m интервалов наблюдения t_н, где (фиг. 2);

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

где - 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. 3 представлено определение времени разности хода для трех приемных позиций). Измерение разностей хода для квазинепрерывного 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 радиотехнического комплекса.

Недостатком способа-прототипа является относительно низкая точность определения местоположения источника квазинепрерывного широкополосного радиосигнала обусловленная влиянием шумовой составляющей.

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

Сущность изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение точности местоопределения источника квазинепрерывного широкополосного радиосигнала в радиотехническом комплексе, за счет более точного измерения значения координатно-информативного параметра за счет использования следа разностной корреляционной матрицы (вместо определителя) и устранения шумовой составляющей.

Для достижения цели изобретения в предлагаемом способе предлагается:

на втором этапе в интересах построения линий положений вместо расчета КИП в виде определителя разностной корреляционной матрицы вычислять след разностной корреляционной матрицы с последующим формированием зависимости вычислением взаимной корреляционной функции зависимости на этом временном интервале с полученными в приемных позициях зависимостями

применить к полученной взаимной корреляционной функции процедуру шумоподавления на основе дискретного S-преобразования (преобразование Стоквелла) [Y. Wang and J. Orchard, "The Discrete Orthonormal Stockwell Transform for Image Restoration," in 16th IEEE International Conference on Image Processing, 2009, pp. 2761-2764; H. Huang, F. Sun, "Medical-Image Denoising and Compressing Using Discrete Orthonormal Stransform," in 2nd International Conference on Electrical, computer Engineering and Electronics (ICECEE 2015), 2015, vol. 291, no. Icecee, pp. 291-296].

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе обеспечивается повышение точности местоопределения квазинепрерывного широкополосного источника радиоизлучения за счет того, что применение дискретного S-преобразования позволяет существенно снизить влияние шумовой составляющей [S. Saoud, М. Ben Naser New Speech Enhancement based on Discrete Orthonormal Stockwell Transform // International Journal of Advanced Computer Science and Applications, Vol. 7, No. 10, 2016, p. 196; Y. Wang, "Efficient Stockwell transform with applications to image processing", PhD thesis, University of Waterloo, Ontario Canada, 2011]. Этим достигается повышение точности местоопределения квазинепрерывного широкополосного источника радиоизлучения.

Таким образом, в предлагаемом способе выполняется следующая последовательность операций фиг. 4.

Новым существенным признаком изобретения является расчет следа разностной корреляционной матрицы сигналов, в интересах построения линий положений, введение дополнительной процедуры шумоподавления на основе дискретного S-преобразования.

Сравнительная оценка точности измерения значения координатно-информативного параметра проводилась на основе анализа результатов имитационного моделирования, полученных с использованием специального программного обеспечения, прошедшего государственную регистрацию - [Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2019661892 Программа моделирования процессов определения местоположения забрасываемых постановщиков помех / Д.С. Войнов, В.В. Уткин, P.P. Мехамедов, заявка 2019616262, дата поступления 29.05.2019, зарегистрировано 11.09.2019.].

На фиг. 5 представлены, графики зависимости точности оценки координатно-информативного параметра σ_КИП от размеров антенной решетки для способа-прототипа - кривая 1 и разработанного способа - кривая 2, которые наглядно иллюстрируют эффект повышение точности оценки КИП предложенным способом. Из анализа фиг. 5 следует, что точность оценки КИП улучшается с увеличением количества элементов антенной решетки, и уже при количестве 4×4 элементов значение точности КИП практически не изменяется.

В тоже время при размере антенной решетки более чем 4×4 элементов значение точности оценки КИП σ_КИП выше в три раза при вычислении следа, чем при вычислении определителя РКМ.

На фиг. 6 приведены графики зависимости точности оценки КИП от интервала наблюдения при вычислении определителя РКМ - кривая 1 и следа - кривая 2. Из графиков, представленных на фиг. 6, видно, что вычисление следа РКМ с последующей процедурой шумоподавления позволяет точнее оценить значение КИП. Также из графика видно, что при интервале наблюдения t_H=1,75 мкс среднеквадратическое отклонение оценки координат будет наименьшим.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение точности оценки значения КИП и, следовательно, повышение точности определения координат квазинепрерывного широкополосного источника радиоизлучения.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и аналогами позволяет сделать вывод, что оно соответствует критерию новизны и обладает существенным отличием. Положительный эффект достигается за счет введения указанных дополнительных процедур, что позволяет повысить точность местоопределения 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 радиотехнических комплексах аппаратура для определения местоположения квазинепрерывных широкополосных источников радиоизлучения. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «применимость».

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании многопозиционных радиотехнических комплексов. Технический результат - повышение точности определения местоположения источников квазинепрерывного широкополосного сигнала радиотехническим комплексом. Данный способ заключается в том, что принимают антенной решеткой квазинепрерывный широкополосный сигнал на каждой приемной позиции, формируют интервалы наблюдения, на которых рассчитывается корреляционная матрица сигналов входной реализации квазинепрерывного широкополосного сигнала, рассчитывают разностную корреляционную матрицу сигналов и след разностной корреляционно матрицы с последующим формированием и нормированием зависимости ; вычисляют взаимную корреляционную функцию зависимости ; выполняют процедуру шумоподавления на основе дискретного S-преобразования; определяют разность хода для каждой позиции по максимуму огибающей взаимной корреляционной функции системой взаимной корреляционной обработки; оценивают координаты источника квазинепрерывного широкополосного сигнала разностно-дальномерным способом на основе анализа временной зависимости следа разностно-корреляционных матриц сигналов. 6 ил.

Усовершенствованный способ определения местоположения квазинепрерывного источника радиоизлучения, заключающийся в приеме антенной решеткой квазинепрерывного широкополосного сигнала на каждой приемной позиции радиотехнического комплекса, оценке разности временных запаздываний (разности хода) квазинепрерывного широкополосного сигнала на всех приемных позициях комплекса, формировании 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), отличающийся тем, что вычисляется след разностной корреляционной матрицы сигналов вычисляется взаимная корреляционная функция зависимости выполняется дополнительная процедура шумоподавления полученной зависимости на основе дискретного S-преобразования, определяется разность хода для каждой позиции по максимуму ее огибающей и оценке координат источника квазинепрерывного широкополосного сигнала разностно-дальномерным способом.