ОДНОПОЗИЦИОННЫЙ РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК G01S3/46 G01S5/02 G01S5/12 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к пассивной радиолокации и может быть использовано для обнаружения и определения параметров движения источников радиоизлучений (ИРИ) с линейно - частотной модуляцией (ЛЧМ).

Известен способ (аналог) определения текущих координат ИРИ в однопозиционном приемном пункте (ПП) [Берлинских Л.Н., Войнов Д.С., Лихачев В.П., Уткин В.В. Идентификация и определение местоположения источников радиоизлучения сети WIMAX в многопозиционной радиотехнической системе разностно-дальномерным способом. Телекоммуникации. 2016. №7. С. 19-24], заключающегося в реализации разностно-дальномерного способа с использованием боковых мнимых приемных пунктов (под боковыми мнимыми приемными пунктами (ПП) понимаются элементы местности и местные естественные или антропогенные объектов преимущественного переотражения сигналов ИРИ, на которые направляются дополнительные приемные антенны). В трех приемных каналах с учетом известного расстояния между ПП и двумя мнимыми ПП измеряется относительное запаздывание сигналов (координатно-информативный параметр), принимаемых антенной ПП, направленной в сторону ИРИ, и двумя антеннами, направленными на мнимые боковые приемные пункты, и нахождении линий положения (ЛП) ИРИ (гипербол), а также вычислении координат точки пересечения ЛП.

Недостаток способа заключается в ограниченных функциональных возможностях по определению параметров движения ИРИ линейно-частотно-модулированных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов (прототип) [Лихачев В.П., Нгуен Х.Ф. Определение координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов однопозиционным разностно-дальномерным способом // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. №1. С. 59-68], основанный на автокорреляционной обработке ЛЧМ сигналов в каждом из трех приемных каналах, определении относительного запаздывания сигналов на разностной частоте с учетом известного расстояния между ПП и двумя мнимыми ПП с последующим вычислением координат точки пересечения ЛП.

Недостатками способа являются ограниченные функциональные возможности по определению параметров движения ИРИ.

Технический результат данного изобретения состоит в расширении функциональных возможностей за счет определения параметров движения (линейной скорости и курсового угла) ИРИ линейно-частотно-модулированных сигналов.

Технический результат достигается чем, что в известном способе, заключающемся в направлении одной антенны на ИРИ и двух дополнительных антенн, установленных на приемном пункте (ПП), на два боковых мнимых приемных пункта с известными координатами - на элементы местности преимущественного переотражения сигналов ИРИ, приеме сигналов ИРИ тремя приемными устройствами, полосовой фильтрации принятых сигналов на несущей частоте, задержке каждого принятого сигнала, перемножении принятых сигналов и их задержанных копий, полосовой фильтрации на разностной частоте, оценке значений разностных частот сигналов в трех приемных каналах ƒ_pl, ƒ_p2 и ƒ_p3, вычислении разностей времени прихода сигналов ИРИ относительно друг друга на разностных частотах в трех приемных каналах с учетом времени прохождения сигналами, переотраженными мнимыми боковыми ПП, известных расстояний между ПП и боковыми мнимыми ПП, составлении системы уравнений линий положения ИРИ - гипербол, определении координат ИРИ путем вычисления координат точки пересечения линий положения (вычисления действительного корня системы уравнений линий положения), согласно изобретению, производят идентификацию сигналов в трех приемных каналах по равенству их разностных частот, на фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ для не менее двух моментов времени, определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ по его усредненным координатам.

Сущность изобретения заключается в том, что после оценки значений разностных частот выходных сигналов производят идентификацию сигналов на выходах трех приемных каналов по совпадению с заданной точностью разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров, на фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ для не менее двух моментов времени и по ним дополнительно определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ.

При отсутствии ЛЧМ сигнала в одном, двух или всех трех приемных каналах с автокорреляционной обработкой амплитудно-частотные спектры шумов на их выходах имеют составляющие на всех разностных частотах, которые могут быть приняты за полезный сигнал ИРИ. Для исключения данного случая производят идентификацию сигналов на выходах приемных каналов по совпадению с заданной точностью разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров ƒ_pl, ƒ_p2 и ƒ_p3. Точность совпадения разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров ƒ_pl, ƒ_p2 и ƒ_p3 задается как величина, обратная длительности одного наблюдения ИРИ при определении его координат способом-прототипом.

Затем определяют координаты ИРИ ЛЧМ сигналов, которые вычисляются как координаты точки пересечения линий положения, аналогично тому, как это делается в прототипе. Для I≥2 моментов времени получают оценки координат ИРИ путем усреднения m значений координат ИРИ, полученных на фиксированном интервале времени (на i-м интервале усреднения):

где - номер интервала усреднения; m - количество принимаемых сигналов ИРИ за фиксированный интервал времени (за один интервал усреднения); x_ij, y_ij - координаты ИРИ, определенные после приема j-го сигнала на i-м интервале усреднения; x_i, y_i - средние значения координаты ИРИ.

Процедура усреднения m значений координат ИРИ, полученных на каждом интервале усреднения, обеспечивает снижение погрешности определения координат ИРИ σ_(х,_у) [РМГ 64-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений. 2005-01-01] и, как следствие, повышает точность определения параметров его движения. Полагается, что в течение интервала времени усреднения не происходит заметное изменение текущего положения ИРИ.

Составляющие скорости ИРИ по каждой оси координат определяют как:

где Т - время между I интервалами усреднения координат ИРИ; Δх=x_I-х₁ и Δу=y_I-у₁ - приращения координат ИРИ от первого до -го интервала усреднения, соответственно по осям х и у.

Линейную скорость движения ИРИ определяют как:

а курсовой угол его движения:

Среднеквадратическая погрешность оценивания скорости ИРИ при использовании I интервалов усреднения [Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы / под ред. Ю.М. Казаринова. М: Высшая школа, 1992. 496 с.]:

где G(_x,_y)_j - среднеквадратическое отклонение определения координат ИРИ после приема j-го сигнала, реализуемое способом-прототипом.

Согласно (5), при I=3, σ_(х,_у)j=50 м и Т=3 с, получим =21,9 м/с, что при скорости ИРИ, например, v_x=300 м/с, является приемлемым.

Таким образом, заявляемый однопозиционный разностно-дальномерный способ обеспечивает для не менее двух моментов времени оценку параметров движения (линейной скорости и курсового угла) источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов.

На фигуре представлена последовательность процедур, осуществляющих однопозиционный разностно-дальномерный способ определения параметров движения источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов. По сравнению с прототипом заявляемый способ имеет новые процедуры: №3, 6 и 7, показанные на фигуре. Как известно [Волков И.К., Зуев С.М., Цветкова Г.М. Случайные процессы: Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 448 с.] «белый шум», который формируется на выходе автокорреляционного приемника на разностной частоте при отсутствии сигналов на его входе, имеет равномерный энергетический спектр в диапазоне частот от 0 до ∞ с постоянной спектральной плотностью мощности. Поэтому амплитудно-частотные спектры «белого шума» на выходах трех каналов будут иметь максимумы на разных разностных частотах. Следовательно, вновь введенная процедура №3 исключает ложное срабатывание по шумам в трех каналах на разностной частоте. Процедура №6, согласно [РМГ 64-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений. 2005-01-01], обеспечивает более высокую точность определения текущих координат ИРИ, и, как следствие, высокую точность определения параметров движения ИРИ. Таким образом, процедуры №3, 6 и 7 расширяют функциональные возможности способа-прототипа. При изучении других способов в данной области техники совокупность процедур №3, 6 и 7, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлена не была.

Согласно прототипа [Лихачев В.П., Нгуен Х.Ф. Определение координат источника радиоизлучения линейно-частотно-модулированных сигналов однопозиционным разностно-дальномерным способом // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. №1. С. 59-68] оценка значений разностных частот выходных сигналов f_pl, f_p2 и f_p3 (на фигуре процедура 2) осуществляется после аналогово-цифрового преобразования сигналов и преобразования Фурье, которое, может быть выполнено, с применением вычислительного устройства. Новые процедуры также выполняются (см. выше) в вычислительном устройстве: процедура 3 - в виде суммирования координат ИРИ после приема m сигналов и деления полученной суммы на Т; процедура 6 - в виде вычисления значений v_x и v_y по формуле (2), процедура 7 - в виде вычисления значений V и β по формулам (3) и (4), соответственно. Таким образом, вновь введенные процедуры реализуемы.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к пассивной радиолокации, и может использоваться для обнаружения источников радиоизлучений (ИРИ) с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) и определения параметров их движения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей однопозиционного разностно-дальномерного способа за счет определения для не менее чем двух моментов времени линейной скорости и курсового угла ИРИ линейно-частотно-модулированных сигналов. В заявленном способе осуществляют прием сигналов ИРИ тремя антеннами, одна из которых направлена на ИРИ, а две другие – на элементы местности с известными координатами преимущественного переотражения сигналов ИРИ. После автокорреляционной обработки каждого принятого сигнала и их полосовой фильтрации на разностной частоте, оценки значений разностных частот сигналов в трех приемных каналах и вычислении по ним разностей времени прихода сигналов ИРИ относительно друг друга с учетом времени прохождения сигналами известных расстояний между ПП и боковыми мнимыми ПП, определяют координаты ИРИ путем вычисления координат точки пересечения линий положения – гипербол. При этом дополнительно после оценки значений разностных частот выходных сигналов производят идентификацию сигналов на выходах трех приемных каналов по совпадению с заданной точностью разностных частот максимумов их амплитудно-частотных спектров. На фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ для не менее двух моментов времени и по ним определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ. 1 ил.

Однопозиционный разностно-дальномерный способ определения параметров движения источника радиоизлучения (ИРИ) линейно-частотно-модулированных сигналов, заключающийся в приеме сигналов ИРИ тремя антеннами, одна из которых направлена на ИРИ, а две другие – на элементы местности с известными координатами преимущественного переотражения сигналов ИРИ, полосовой фильтрации принятых сигналов на несущей частоте, задержке каждого принятого сигнала, перемножении принятых сигналов и их задержанных копий, полосовой фильтрации на разностной частоте, оценке значений разностных частот сигналов в трех приемных каналах, вычислении разностей времени прихода сигналов ИРИ относительно друг друга на разностных частотах в трех приемных каналах с учетом времени прохождения сигналами известных расстояний между ПП и боковыми мнимыми ПП, составлении системы уравнений линий положения ИРИ – гипербол, определении координат ИРИ путем вычисления координат точки пересечения линий положения, отличающийся тем, что после оценки значений разностных частот выходных сигналов производят идентификацию сигналов на выходах трех приемных каналов, и если разностные частоты максимумов их амплитудно-частотных спектров совпадают с заданной точностью, то на фиксированном интервале времени усредняют оценки координат ИРИ, по меньшей мере, для двух моментов времени и по ним дополнительно определяют линейную скорость и курсовой угол движения ИРИ.