Способ обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения несанкционированно установленных в ограниченном пространстве источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - повышение предельной чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия обнаружения источников радиоизлучения. Способ включает одновременный прием сигналов в паре точек пространства, по меньшей мере, две из которых находятся в пределах, а две - за пределами контролируемой зоны. Производят синхронную обработку пар сигналов преобразованием Фурье, когерентное накопление спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу, одновременно принятому в парах точек, находящихся в пределах контролируемой зоны и в парах точек, одни из которых находятся в пределах, а другие - за пределами контролируемой зоны. Судят о наличии источника радиоизлучения в пределах контролируемой зоны в случае превышения первой когерентно накопленной суммы спектральных составляющих над, по меньшей мере, одной из двух других. Устройство содержит, по меньшей мере, четыре антенны, антенный коммутатор, двухканальные приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, три оперативных запоминающих устройства, два пороговых устройства, перемножитель комплексных чисел, накопительный сумматор комплексных чисел, функциональный преобразователь вида , вычислитель средних значений, блок компараторов, формирователь спектральных составляющих обнаруженных сигналов, индикатор, блок управления. 2 с.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) в пределах контролируемой зоны (контролируемого помещения).

Известен способ, служащий для обнаружения источника электромагнитных волн, включающий прием радиосигналов и измерение напряженности электрического поля, по крайней мере, в двух различных точках, сравнение измеренных таким образом величин напряженностей полей между собой путем определения их разностей и принятие решения об обнаружении источника радиоизлучения в контролируемой зоне по результатам сравнения разностей этих величин с расчетной величиной, являющейся функцией расстояния между измерительными точками [Заявка Франции 2196478, G 01 R 27/10; G 08 В 21/00, опубл. 1974 г.].

Известно устройство, служащее для обнаружения источника электромагнитных волн, содержащее, по крайней мере, две идентичные антенны, антенный коммутатор, прибор для регистрации напряженности электрического поля, выполненный в виде последовательно соединенных приемного устройства, вольтметра, запоминающего устройства и индикатора, устройства управления, выход которого подключен к управляющим входам антенного коммутатора, приемного устройства и запоминающего устройства, а антенны соединены с прибором для регистрации напряженности электрического поля через коммутатор [Заявка Франции 2196478, G 01 R 27/10; G 08 В 21/00, опубл. 1974 г.].

Ограничениями этого известного технического решения являются невысокое качество обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, обусловленное: во-первых, низким быстродействием, что связано с необходимостью последовательного во времени преобразования приемным устройством каждого измеряемого радиосигнала; во-вторых, погрешностями измерений напряженности электрического поля радиосигналов в случае одновременного приема сигналов от нескольких источников радиоизлучения, частотные составляющие которых полностью или частично попадают в полосу пропускания приемного устройства; в-третьих, с погрешностями выбора расчетных величин напряженностей полей, являющихся функциями расстояний между измерительными точками, которые в наибольшей степени проявляются для контролируемых зон, представляющих собой помещения или ограниченные пространства со сложной интерференционной, постоянно изменяющейся во времени структурой пространственного распределения электромагнитного поля. Отмеченные недостатки практически полностью исключают возможность использования указанных способа и устройства при обнаружении кратковременных и импульсных радиосигналов, радиосигналов с расширенным спектром радиочастот, в частности радиосигналов со скачкообразным изменением частоты.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, включающий прием радиосигналов за пределами контролируемой зоны и, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны с использованием антенн, имеющих одинаковую эффективную действующую высоту, обработку принятых в полосе частот сигналов с использованием преобразования Фурье и с получением для каждого элементарного частотного канала полосы частот комплексных спектральных составляющих радиосигналов, выделение элементарных частотных каналов полосы частот, в которых интенсивность спектральных составляющих радиосигналов, принятых, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны, превышает заданный уровень ложной тревоги, сравнение для каждого элементарного частотного канала интенсивностей спектральных составляющих радиосигналов, принятых в двух точках контролируемой зоны, и выделение спектральных составляющих с максимальной интенсивностью относительно друг друга и относительно заданного уровня ложной тревоги, сравнение для каждого элементарного частотного канала спектральных составляющих в пределах контролируемой зоны с соответствующими спектральными составляющими радиосигналов, принятых за пределами контролируемой зоны относительно друг друга и заданного уровня ложной тревоги, окончательное выделение тех элементарных частотных каналов, которые для точек контролируемой зоны имеют большую или равную интенсивность спектральных составляющих радиосигнала, чем за пределами контролируемой зоны и, если для точек контролируемой зоны интенсивность спектральных составляющих радиосигнала больше или равна интенсивности спектральных составляющих радиосигнала за пределами контролируемой зоны, то принятие решения об обнаружении источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны со спектральными составляющими излучения, соответствующими выделенным элементарным частотным каналам [Патент Российской Федерации 2099870, Н 04В 1/46; G 01 S 11/00, опубл. 1997 г.].

Известно также устройство для обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, содержащее, по меньшей мере, две идентичные антенны, расположенные в пределах контролируемой зоны, и идентичную антенну, расположенную за пределами контролируемой зоны, антенный коммутатор, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, оперативное запоминающее устройство, пороговое устройство, блок компараторов и индикатор, последовательно соединенные между собой, блок управления, синхровыход которого подсоединен к управляющим входам антенного коммутатора, приемника, синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, оперативного запоминающего устройства и порогового устройства, выход блока управления подсоединен к управляющему входу порогового устройства, выход которого подсоединен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, выходы всех антенн подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, причем блок управления выполнен с возможностью подачи на управляющий вход порогового устройства сигнала, соответствующего значению заданного уровня ложной тревоги [ Патент Российской Федерации 2099870, Н 04В 1/46; G 01 S 11/00, опубл. 1997 г. ].

Ограничениями известных способа и устройства является невысокое качество обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, обусловленное, во-первых, низкой предельной чувствительностью обнаружения источников радиоизлучения, связанной с необходимостью установления достаточно высокого порогового уровня обнаруживаемых сигналов при независимом сравнении каждой спектральной составляющей радиосигнала, снижение которого неизбежно приводит к возникновению "ложных" спектральных составляющих, обусловленных шумами и помехами; во-вторых, невозможность обнаружения сложных многочастотных радиосигналов, состоящих из совокупности спектральных составляющих, что связано с отсутствием признаков группирования спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу; в-третьих, высокой вероятностью принятия ошибочных решений в случае одновременного приема сигналов от источников, находящихся в пределах контролируемой зоны, частотные составляющие которых полностью или частично совпадают с частотными составляющими сигналов источников радиоизлучения, находящихся за пределами контролируемой зоны; в-четвертых, низкое быстродействие определения количества источников радиоизлучения, находящихся в пределах контролируемой зоны, связанное с необходимостью проведения неоднократных измерений. Ограничением известного устройства, кроме того, является необходимость применения всех идентичных антенн, обеспечивающих одинаковую эффективную действующую высоту как в пределах, так и за пределами контролируемой зоны, что в ряде случаев технически сложно реализовать. Так, например, для контролируемой зоны, представляющей собой помещение с ограниченными размерами наиболее приемлемым вариантом выполнения антенн является несимметричный вибратор, являющийся оптимальным при наличии ограничений на габариты. В то же время при размещении антенн за пределами контролируемой зоны, где отсутствуют ограничения на габариты, наиболее оптимальным вариантом выполнения антенн по критерию обеспечения наибольшей эффективной действующей высоты в широком диапазоне частот может быть биконическая симметричная антенна, эффективная действующая высота которой в диапазоне частот может существенно отличаться от эффективной действующей высоты вышеупомянутого несимметричного вибратора.

Решаемая изобретением задача - повышение качества обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны при одновременном обеспечении возможности обнаружения сложных многочастотных сигналов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - повышение предельной чувствительности и помехоустойчивости обнаружения источников радиоизлучения, находящихся в пределах контролируемой зоны, при одновременном обеспечении возможности определения их количества в широкой полосе частот.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении устройства, - повышение предельной чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия обнаружения источников радиоизлучения, находящихся в пределах контролируемой зоны, при одновременном снижении требований к антеннам по идентичности.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата, в известном способе обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, включающем прием радиосигналов за пределами контролируемой зоны и, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны с использованием антенн, имеющих одинаковую эффективную действующую высоту h₁, обработку принятых в полосе частот сигналов с использованием преобразования Фурье и с получением для каждого элементарного частотного канала полосы частот спектральных составляющих радиосигналов, выделение элементарных частотных каналов полосы частот, в которых интенсивность спектральных составляющих радиосигналов, принятых, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны, превышает заданный уровень ложной тревоги, согласно изобретению, прием радиосигналов за пределами контролируемой зоны осуществляют, по меньшей мере, в двух точках с использованием антенн, имеющих одинаковую эффективную действующую высоту h₂, равную или отличающуюся от эффективной действующей высоты ₁, прием радиосигналов для каждой из возможных комбинаций пар точек, находящихся как в пределах, так и за пределами контролируемой зоны, производят одновременно, обработку каждой из одновременно принятых пар радиосигналов производят синхронно, осуществляют перемножение комплексно сопряженных спектральных составляющих одновременно принятых пар радиосигналов, соответствующих выделенным элементарным частотным каналам, выделяют группы элементарных частотных каналов полосы частот, в которых аргументы произведений комплексно сопряженных спектральных составляющих пар радиосигналов, одновременно принятых, по меньшей мере, в одной паре точек в пределах контролируемой зоны, соответствующих ближайшим выделенным элементарным частотным каналам полосы частот, совпадают с погрешностью, не превышающей заранее заданного порога, определяют для каждой выделенной группы элементарных частотных каналов среднее значение Q₁ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, находящихся в пределах контролируемой зоны, среднее значение Q₂ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, находящихся за пределами контролируемой зоны, и среднее значение Q₃ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, одни из которых находятся в пределах, а другие - за пределами контролируемой зоны, и принимают решение об обнаружении в пределах контролируемой зоны каждого из источников электромагнитного излучения со спектром частот излучения, соответствующим выделенной группе элементарных частотных каналов, при выполнении, по меньшей мере, одного из условий Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известное устройство для обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, содержащее, по меньшей мере, первую и вторую идентичные антенны, расположенные в пределах контролируемой зоны и третью антенну, расположенную за пределами контролируемой зоны, антенный коммутатор, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, оперативное запоминающее устройство и пороговое устройство, блок компараторов, индикатор, между собой соединенные последовательно, блок управления, синхровыход которого подсоединен соответственно к управляющим входам антенного коммутатора, приемника, синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, оперативного запоминающего устройства и порогового устройства, выход блока управления подсоединен к управляющему входу порогового устройства, выход которого подсоединен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, выходы всех антенн подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, причем блок управления выполнен с возможностью подачи на управляющий вход порогового устройства сигнала, соответствующего значению заданного уровня ложной тревоги, согласно изобретению введены, по меньшей мере, четвертая антенна, подсоединенная к соответствующему входу антенного коммутатора, расположенная за пределами контролируемой зоны и выполненная идентичной третьей антенне, перемножитель комплексных чисел, два дополнительных оперативных запоминающих устройства, дополнительное пороговое устройство, накопительный сумматор комплексных чисел, функциональный преобразователь вида , вычислитель средних значений и формирователь спектральных составляющих обнаруженных радиосигналов, при этом приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье и оперативное запоминающее устройство выполнены двухканальными, причем каждый из каналов приемника выполнен с общим гетеродином, выходы каждого из каналов блока преобразования Фурье, входы и выходы оперативного запоминающего устройства и входы порогового устройства выполнены двухканальными - по два канала для каждого канала выхода аналого-цифрового преобразователя, причем две пары выходов каналов оперативного запоминающего устройства подсоединены соответственно к двум парам входов перемножителя комплексных чисел и к двум парам входов порогового устройства, антенный коммутатор выполнен с двумя выходами, которые подсоединены соответственно к паре входов каналов приемника, пара выходов перемножителя комплексных чисел подсоединена к паре входов первого дополнительного оперативного запоминающего устройства, пара выходов которого подсоединена соответственно к паре входов накопительного сумматора комплексных чисел, к паре входов формирователя спектральных составляющих обнаруженных сигналов и к паре входов дополнительного порогового устройства, выход которого подсоединен к управляющему входу первого дополнительного оперативного запоминающего устройства, пара выходов накопительного сумматора комплексных чисел подсоединена соответственно к паре входов функционального преобразователя вида , выход которого подсоединен ко входу последовательно соединенных между собой второго дополнительного оперативного запоминающего устройства и вычислителя средних значений, три выхода которого подсоединены соответственно к трем входам блока компараторов, выход которого подсоединен к управляющему входу формирователя спектральных составляющих обнаруженных сигналов, выход которого подсоединен к входу индикатора, синхровходы первого и второго дополнительных оперативных запоминающих устройств, дополнительного порогового устройства и вычислителя средних значений подсоединены к синхровыходу блока управления, блок управления снабжен первым и вторым дополнительным выходом, а управляющие входы дополнительного порогового устройства и блока компараторов подсоединены соответственно к первому и второму дополнительным выходам блока управления, антенный коммутатор выполнен с возможностью по командам управления блока управления синхронного подсоединения любой пары его входов к паре его выходов, блок управления выполнен с возможностью подачи на управляющий вход антенного коммутатора команд для последовательного во времени подключения через антенный коммутатор выходов всех возможных пар антенн к паре входов каналов приемника, с возможностью подачи на управляющий вход дополнительного порогового устройства сигнала, соответствующего значению порога по углу и с возможностью подачи на управляющий вход блока компараторов сигнала, соответствующего значению отношения действующих высот антенн, расположенных в пределах и за пределами контролируемой зоны.

Решение поставленной задачи с достижением технического результата обусловлено следующим.

За счет синхронного приема и преобразования радиосигналов одновременно от двух антенн обеспечивается возможность группирования спектральных составляющих, подлежащих одному сигналу, независимо от видов и параметров сигналов по признаку равенства фазовых задержек всех спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу и принятых на одну антенну относительно фазовых задержек всех спектральных составляющих, принадлежащих этому же сигналу и синхронно принятых на другую антенну. Абсолютная величина указанных относительных фазовых задержек зависит от углового пространственного положения источника относительно пары антенн, расстояния между антеннами и фазовой не идентичности пары антенн и пары каналов приемника и является одинаковой для всех спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу, что составляет физическую основу признака группирования спектральных компонент многочастотных сигналов.

Суммирование (накопление) когерентных спектральных составляющих радиосигнала приводит к увеличению отношения мощности сигнала к мощности шума, следствием чего является возможность снижения порогового уровня обнаружения сигналов без возникновения "ложных" спектральных составляющих, что положительным образом сказывается на повышении предельной чувствительности обнаружения источников радиоизлучения.

В случае одновременного приема сигналов от источников, находящихся в пределах контролируемой зоны, частотные составляющие которых полностью или частично совпадают с частотными составляющими других сигналов от источников радиоизлучения, находящихся за пределами контролируемой зоны суммирование спектральных составляющих сигналов, принятых антеннами, находящимися только в пределах контролируемой зоны и суммирование спектральных составляющих сигналов, принятых антеннами, находящимися только за пределами контролируемой зоны приводит, в общем случае, к увеличению результирующих суммарных сигналов, соотношение амплитуд между которыми может быть произвольным в зависимости от мощности и удаления указанных источников радиоизлучения от антенн устройства. В то же время для рассматриваемого случая суммирование спектральных составляющих сигналов, принятых парой антенн, одна из которых находится в пределах контролируемой зоны, то есть ближе к одному источнику радиоизлучения, а другая - за пределами контролируемой зоны, то есть ближе к другому источнику радиоизлучения, приводит не к увеличению, а, в общем случае, - к уменьшению результирующих суммарных сигналов из-за отсутствия или уменьшения корреляции между сигналами, что является физической основой обнаружения интересующих источников радиоизлучения при их функционировании на фоне других радиосигналов, в том числе сигналов радиовещательных станций, организованных или естественных радиопомех.

Группирование частотных составляющих радиосигнала, принадлежащего одному источнику радиоизлучения, автоматически позволяет определить их количество в пределах рабочего диапазона частот, а предложенные признаки - количество радиосигналов, принадлежащих источникам радиоизлучения, находящимся в пределах контролируемой зоны, что приводит к существенному повышению быстродействия предлагаемых способа и устройства по сравнению с их ближайшими аналогами.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает функциональную схему заявленного устройства; фиг.2 - функциональную схему перемножителя комплексных чисел; фиг.3 - функциональную схему порогового устройства; фиг.4 - функциональную схему дополнительного порогового устройства; фиг.5 - функциональную схему вычислителя среднего значения; фиг.6 - функциональную схему блока компараторов; фиг. 7 - функциональную схему формирователя спектральных составляющих обнаруженных сигналов.

Поскольку заявленный способ обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны реализуется при работе устройства, то его техническая сущность раскрывается в разделе описания работы заявленного устройства.

Устройство для обнаружения источников электромагнитного излучения (фиг. 1) содержит, по меньшей мере, первую и вторую идентичные антенны 1 и 2, имеющие эффективную действующую высоту h₁ и расположенные в пределах контролируемой зоны. Третья и четвертая идентичные антенны 3 и 4, имеют эффективную действующую высоту h₂ и расположены за пределами контролируемой зоны. (Под контролируемой зоной в зависимости от области использования изобретения как и в ближайшем аналоге понимается некоторое ограниченное пространство, например, помещение в здании, салон транспортного средства, участок площади, ограниченный зданиями и т. п. ) Входы антенного коммутатора (АК) 5 соответственно подсоединены к выходам четырех антенн 1-4. Пара входов приемника 6 подсоединена к паре выходов АК 5. Пара входов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7 подсоединена к паре выходов приемника 6. Пара входов блока преобразования Фурье (БПФ) 8 подсоединена к паре выходов АЦП 7. Две пары входов оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 9 подсоединены соответственно к двум парам выходов БПФ 8. Устройство имеет перемножитель комплексных чисел (ПКЧ) 10 и пороговое устройство (ПУ) 11, выход которого подсоединен к управляющему входу ОЗУ 9. Две пары выходов ОЗУ 9 подсоединены соответственно к двум парам входов ПКЧ 10 и двум парам входов ПУ 11. Пара входов первого дополнительного оперативного запоминающего устройства (ДОЗУ) 12 подсоединена к паре выходов ПКЧ 10. Пара входов и выход дополнительного порогового устройства (ДПУ) 13 подсоединены соответственно к паре выходов и управляющему входу ДОЗУ 12. Пара входов накопительного сумматора комплексных чисел (НСКЧ) 14 подсоединена к паре выходов ДОЗУ 12. Функциональный преобразователь (ФП) 15 вида , второе ДОЗУ 16 и вычислитель средних значений (ВСЗ) 17 соединены последовательно. При этом пара входов ФП 15 вида подсоединена к паре выходов НСКЧ 14. Три входа блока компараторов (БК) 18 подсоединены соответственно к трем выходам ВСЗ 17. Формирователь спектральных составляющих обнаруженных радиосигналов (ФССОС) 19 и индикатор 20 соединены последовательно. При этом пара входов и управляющий вход ФССОС 19 подсоединены соответственно к паре выходов ДОЗУ 12 и выходу БК 18. Синхровыход блока управления (БУ) 21 подсоединен к управляющим входам АК 5, приемника 6 и синхровходам АЦП 7, БПФ 8, ОЗУ 9, ПУ 11, ДОЗУ 12, ДПУ 13, ДОЗУ 16 и ВСЗ 17. Выход БУ 21 подсоединен к управляющему входу ПУ 11, а первый и второй дополнительные выходы БУ 21 подсоединены соответственно к управляющим входам ДПУ 13 и БК 18.

Необходимо отметить, что параметрами x₁ и x₂ обозначена пара сигналов, поступающих на соответствующую пару входов ФП 15 вида .

Для того, чтобы обеспечить прием радиосигналов как в пределах, так и за пределами контролируемой зоны для последующей обработки принятых сигналов четыре антенны 1, 2, 3, 4 могут быть соединены высокочастотным кабелем с АК 5. Причем длина кабелей, подключенных к первой и второй антеннам 1 и 2, расположенным в пределах контролируемой зоны, может отличаться от длины кабелей, подключенных к третьей и четвертой антеннам 3 и 4, расположенным за пределами контролируемой зоны, и в общем случае, отличающихся от антенн 1 и 2, что учитывается в предлагаемых способе и устройстве путем сравнения эффективных действующих высот антенн h₁ и h₂.

Антенный коммутатор 5 выполнен с возможностью подключения по соответствующим командам с БУ 21 в единых промежутках времени его любых пар входов соответственно к его паре выходов.

Приемник 6 выполнен двухканальным с общим гетеродином (на фиг.1 не показан) с возможностью синхронного осуществления фильтрации, усиления и преобразования радиосигналов на низкую частоту (для упрощения последующей обработки).

Блок управления 21 служит для временной синхронизации работы остальных блоков устройства и в том числе, для задания величины порогового уровня P₁, соответствующего заданному уровню ложной тревоги, необходимого для обеспечения функционирования ПУ 11, для задания порогового значения угла Р₂, определяющего границы группирования спектральных составляющих, принадлежащих одному радиосигналу, для обеспечения функционирования ДПУ 13 и для задания отношения эффективных действующих высот антенн (h₁/h₂), служащего для обеспечения работы блока компараторов 18.

Величина выбираемого порогового уровня P₁ зависит, во-первых, от параметров, определяющих предельную чувствительность каждого из каналов приемника, таких как входные активные сопротивления R_п1 и R_п2 первого и второго каналов, которые в общем случае могут различаться между собой из-за возможной не идентичности параметров аналоговых элементов и устройств, определяющих указанные входные сопротивления, шириной полосы Δf элементарного частотного канала приемника, которая для каналов приемника и различных поддиапазонов частот является величиной постоянной, так как определяется параметрами высокостабильных цифровых устройств и зависит от вариантов его технической реализации, коэффициента шума N_ш приемника, определяемого выбором его принципов построения и элементной базы, и коэффициентов усиления по амплитуде К₁ и К₂ первого и второго каналов приемника, которые в общем случае также могут различаться между собой из-за возможной не идентичности параметров аналоговых элементов и устройств каналов приемника; во-вторых, от удельной напряженности поля Е_п внешних шумов и помех, отнесенной к единичной полосе частот, определяющей практически существующую радиообстановку в рассматриваемом диапазоне частот для конкретной местности (промышленный район города, жилой район города, сельский район удаленный малонаселенный район и т.д.); в-третьих, от эффективности экранировки контролируемой зоны от "мирового радиофона" из-за ослабления радиосигналов за счет прохождения через стены помещения или корпус транспортного средства, определяемого амплитудным множителем W ослабления радиоволн при их распространении через границу контролируемой зоны (W≤ 1); в-четвертых, от заданного уровня ложной тревоги, характеризуемого вероятностью Р_л.т. ложной тревоги, связанной с вероятностью Р_п.о. правильного обнаружения сигналов соотношением Р_л.т.=1 - Р_п.о., и определяемой предельным (минимально необходимым отношением сигнал/шум q на выходах элементарных частотных каналов приемника [Жуков В.А., Серков В. П., Филиппов В. В., Чернолес В. П. Радиочастотная служба и антенные устройства / Под ред. В. П. Серкова. - Л.: ВАС, 1989, с. 72-79; Вартанесян В. А. Радиоэлектронная разведка. - М.: Воениздат, 1991, с. 75-78; Мезин В. К. Автоматические радиопеленгаторы. - М.: Сов. радио, 1969, с. 30-36.; Венцель Е. С. Теория вероятностей. - М. : Госиздат. физ.- мат. литературы, 1958, с. 114-121]. При нормальном законе распределения шумов вероятность Р_п.о. правильного обнаружения сигналов определяется функцией Лапласа Ф(х), параметр х которой связан с предельным отношением сигнал/шум q в соответствии с выражением [Венцель Е. С. Теория вероятностей. - М.: Госиздат. физ. - мат. литературы, 1958, с. 115]. Тогда для заданной вероятности Р_л.т. ложной тревоги требуемое предельное отношение сигнал/шум q определяется через аргумент функции Лапласа, удовлетворяющей условию
Уровни сигналов P_q1 и P_q2, формируемых на выходах соответственно первого и второго каналов приемника, при которых обеспечивается указанное требуемое предельное отношение сигнал/шум q, определяются выражениями


где h₂ - эффективная действующая высота антенн" находящихся в пределах контролируемой зоны;
k=1,38•10^-23 Вт/(Гц•К) - постоянная Больцмана;
Т₀=288 К - стандартная абсолютная температура.

При этом, в качестве порогового уровня P₁ выбирают максимальное значение из вышеупомянутых уровней P_q1 и P_q2 сигналов
P₁ = max{P_g1, P_g2}.

Предельное отношение сигнал/шум q, выбранное исходя из требуемой вероятности Р_л.т. ложной тревоги в соответствии с вышеупомянутым выражением определяет величину порогового угла Р₂, равную при нормальном законе распределения шума, среднему квадратичному отклонению разностей фаз между парой спектральных составляющих сигнала [Кукес И. С., Старик М. Е. Основы радиопеленгации - М.: Сов. радио, 1964, с. 63-66], которая в радианах представляется в виде

Работает устройство для обнаружения источников электромагнитного излучения (фиг.1) следующим образом.

Электромагнитные волны (ЭМВ) каждого n-го радиосигнала, излучаемого соответствующим источником радиоизлучения (ИРИ), принимаются каждой i-ой антенной 1 - 4 устройства, на выходах которых формируются сигналы , которые могут быть представлены в виде

где L_n - параметр, определяющий излучающие способности антенны n-го ПРИ;
h₁₍₂₎- эффективные действующие высоты антенн, расположенных за пределами (в пределах) контролируемой зоны;
A_n(t) и ϕ_n(t) - законы изменения амплитуды и фазы излучаемого n-го радиосигнала, обусловленные амплитудной или угловой модуляцией соответственно;
r_i,n - расстояние от n-го ИРИ до i-ой антенны устройства (в рассматриваемом устройстве i принимает значения 1,2,3 и 4);
α - показатель степени, зависящий от условий распространения радиоволн от ИРИ до антенн устройства, удовлетворяющий условию α≥1;
W и ϕ_w - амплитуда и фаза множителя ослабления радиоволн при их распространении через границу контролируемой зоны;
ω_n и λ_n - круговая частота и длина волны n-го радиосигнала;
t -время.

Необходимо отметить, что под эффективными действующими высотами h₁ и h₂ следует рассматривать параметры, равные отношению напряжения U_n на входе приемника 6 к напряженности поля Е в точке расположения антенн 1, 2, 3, 4 с действующими высотами h₁' и h₂' соответственно, каждые из которых соединены с приемником коаксиальным кабелем, в общем случае, с различающимися коэффициентами передачи K_п1 и К_п2 по напряжению. Таким образом, эффективные действующие высоты h₁ и h₂ связаны с действующими высотами h₁' и h₂' антенн (определяемыми в режиме холостого хода) в соответствии с выражениями h₁=h₁' K_n1; h₂=h₂' К_п2.

При расположении ИРИ в пределах контролируемой зоны и в случае приема на антенны 1 и 2, расположенные в пределах контролируемой зоны, W=1 и ϕ_w = 0, а в случае приема на антенны 3 и 4, расположенные за пределами контролируемой зоны, W <1 и ϕ_w может лежать в пределах от 0 до 2π.

При расположении ИРИ за пределами контролируемой зоны и в случае приема на антенны 1 и 2, расположенные в пределах контролируемой зоны, W<1 и 0≤ϕ_w≤2π, а в случае приема на антенны 3 и 4, расположенные за пределами контролируемой зоны, W=1 и ϕ_w = 0.

Радиосигналы, принятые антеннами 1, 2, 3, 4, описываемые вышеприведенным выражением, с их выходов поступают на соответствующие входы АК 5. По команде, поступающей с синхровыхода БУ 21 на управляющий вход АК 5, сигналы с выбранной пары i-ой и l-ой антенны в течение промежутка времени ΔТ поступают соответственно на пару выходов АК 5 и далее соответственно на пару входов приемника 6. Сигналы поступившие на входы двухканального приемника 6, подвергаются в нем синхронной фильтрации в полосе частот ΔF, усилению, преобразованию на промежуточную частоту с общими комплексными коэффициентами передачи первого и второго каналов приемника 6. При этом сигналы формируемые на выходе каналов приемника описываются выражениями


С пары выходов каналов приемника 6 пара сигналов поступает на соответствующую пару входов АЦП 7, где синхронно преобразуют сигналы промежуточной частоты в цифровые сигналы путем дискретизации по уровню и времени. Последовательности отсчетов пар сигналов, взятых с интервалом Δt равномерной дискретизации сигналов по времени, объемом N_n каждая поступают соответственно на пару входов БПФ 8, где для каждого из двух каналов получают комплексные спектральные составляющие радиосигналов в виде действительных и мнимых частей первого и второго каналов соответственно, являющиеся цифровыми эквивалентами принимаемых радиосигналов [Марпл мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990]

где М= ΔТ/Δt - объем обрабатываемого массива временных отсчетов радиосигналов;
k=0,1,..........., М-1 - номер спектральной составляющей радиосигналов.

При этом после осуществления преобразования Фурье согласно вышеупомянутому выражению принятые радиосигналы представляются в виде М комплексных спектральных составляющих, частотное расстояние между которыми, то есть фактически частотное разрешение, составляет 1/ΔТ. В дальнейшем для упрощения обработки используют только М/2 комплексных спектральных составляющих, а остальные М/2 спектральных составляющих, соответствующих отрицательным частотам, полагают равными нулю. Таким образом, прием совокупности радиосигналов, отфильтрованных приемником 6 в широкой полосе частот ΔF с последующим их разделением по частоте методом преобразования Фурье в БПФ 8, эквивалентен одновременному приему сигналов в соответствующих элементарных частотных каналах (ЭЧК) с шириной полосы Δf=2ΔF/M и общим количеством М/2.

Пары комплексных спектральных составляющих синхронно принятых i-ой и l-ой антеннами сигналов с двух пар выходов БПФ 8 поступают на две пары входов ОЗУ 9, где производится их запоминание. При этом указанные спектральные составляющие сигналов, принятых i-ой и l-ой антеннами, с учетом выше упомянутых выражений могут быть представлены в виде


где А_n,k и ϕ_n,k - соответственно амплитуда и фаза k-ой спектральной составляющей излучаемого n-го радиосигнала;
K₁₍₂₎ и ϕ₁₍₂₎ - коэффициенты передачи по амплитуде и фазе первого (второго) каналов приемника 6.

По командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на управляющий вход АК 5, сигналы со следующих всевозможных пар i-ой и l-ой антенн устройства в течение следующих промежутков времени ΔТ поступают соответственно на пару выходов АК 5, и далее соответственно через приемник 6, АЦП 7, БПФ 8 поступают на соответствующие входы ОЗУ 9, где так же производится их запоминание.

Далее, по команде, поступающей с синхровыхода БУ 21 на синхровход ОЗУ 9 пара комплексных спектральных составляющих, синхронно принятых i-ой и l-ой антеннами, находящимися в пределах контролируемой зоны, с двух пар выходов ОЗУ 9 поступает на две пары входов ПУ 11, где для каждого k-го элементарного частотного канала (ЭЧК) производится сравнение каждой из двух амплитуд спектральных составляющих с пороговьм уровнем P₁, соответствующим уровню ложной тревоги, значение которого поступает на управляющий вход ПУ 11 с входа БУ 21. В ПУ 11 производится отбор номеров k' ЭЧК, для которых выполняются условия


По командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на синхровход ОЗУ 9 пары комплексных спектральных составляющих, синхронно принятых всеми другими парами антенн 1, 2, находящихся в пределах контролируемой зоны, последовательно во времени с двух пар выходов ОЗУ 9 поступают на входы ПУ 11, где для каждого k-го ЭЧК производится сравнение каждой из двух амплитуд соответствующих спектральных составляющих с пороговым уровнем P₁ и в случае выполнения вышеупомянутых условий в ПУ 11 производится отбор соответствующих номеров k' ЭЧК.

Далее, по команде, поступающей с синхровыхода БУ 21 на синхровход ПУ 11 с его выхода на управляющий вход ОЗУ 9 поступают номера k'-ых ЭЧК, для которых хотя бы одна пара спектральных частотных составляющих сигналов, принятых в пределах контролируемой зоны превышает пороговый уровень. Соответствующие k'-ым ЭЧК комплексные спектральные составляющие сигналов синхронно принятых всеми возможными парами i-ой и l-ой антенн с двух пар выходов ОЗУ 9 поочередно поступают на две пары входов ПКЧ 10, где производится определение их комплексно сопряженных произведений в соответствии с выражением

которые в соответствии с вышеупомянутыми выражениями могут быть представлены в виде

где β=0, если ИРИ и пара i-ой и l-ой антенн находятся в пределах или за пределами контролируемой зоны (т. е. ни один из сигналов, принятых парой антенн от одного ИРИ, не ослабляется за счет распространения через границу контролируемой зоны);
β= 1, если одна из антенн пары находится в пределах, а другая - за пределами контролируемой зоны (т.е. один из сигналов, принятых парой антенн от одного ИРИ, ослаблен за счет распространения через границу контролируемой зоны);
β= 2, если ИРИ находится в пределах (за пределами) контролируемой зоны (т. е. оба сигнала, принятых парой антенн от одного ИРИ, ослаблены за счет распространения через границу контролируемой зоны);

Комплексные значения для всех выделенных комплексных спектральных составляющих сигналов, синхронно принятых всеми возможными парами антенн 1, 2, 3, 4, с пары выходов ПКЧ 10 поступают на пару входов ДОЗУ 12, где производится их запоминание.

В соответствии с вышеупомянутым выражением аргументы комплексных значений произведений комплексно сопряженных спектральных составляющих одного сигнала, синхронно принятого парой антенн 1-4, совпадают между собой, то есть для спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу, выполняется условие

В связи с этим для выбора номеров ЭЧК, принадлежащих одному сигналу, по команде, поступающей с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 12 комплексные значения комплексно сопряженных произведений для каждой выделенной k'-ой спектральной составляющей сигналов, синхронно принятых i-ой и l-ой антеннами, находящимися в пределах контролируемой зоны, с пары выходов ДОЗУ 12 последовательно поступают на пару входов ДПУ 13, где производится вычисление их аргументов, сравнение аргументов для k'-ой и (k'+1)-ой спектральных составляющих и группирование указанных ЭЧК в случае выполнения условия

При этом пороговое значение угла Р₂ поступает с первого дополнительного выхода БУ 21 на управляющий вход ДПУ 13. После осуществления сравнения всех выделенных спектральных составляющих сигналов, синхронно принятых i-ой и l-ой антеннами, в ДНУ 13 для каждого n-го радиосигнала из всех N_c сигналов, принятых в широкой полосе частот ΔF (т.е. для 1 ≤ n ≤ N_c), получают совокупности номеров ЭЧК, соответствующих каждому n-му сигналу: k'_min(1)≤k'≤k'_max (1); k'_min(2)≤k'≤k'_max (2);...., k'_min(n)≤k'≤k'_max (n),... , k'_min(N_c)≤k'≤k'_max (N_c).

Для уточнения совокупностей номеров ЭЧК, соответствующих каждому n-му сигналу, по команде с синхровывода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 12 комплексные значения , полученные для других пар антенн (i, l), также находящихся в пределах контролируемой зоны, поступают на входы ДПУ 13, по результатам функционирования которого производится накопление совокупностей номеров ЭЧК, соответствующих каждому n-му сигналу при приеме радиосигналов по всем парам антенн, находящихся в пределах контролируемой зоны. В частном случае, количество антенн 1, 2, находящихся в пределах контролируемой зоны, выбирается, по меньшей мере, две.

Далее, по команде, поступающей с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДПУ 13с его выхода на управляющий вход ДОЗУ 12 поступают совокупности номеров ЭЧК, соответствующих каждому обнаруженному п-му сигналу. Для выбранной по команде, поступающей с синхровхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 12 первой пары i-ой и l-ой антенн комплексные значения произведений синхронно принятых спектральных составляющих каждого n-го обнаруженного сигнала с пары выходов ДОЗУ 12 поступают на накопительный сумматор 14 комплексных чисел (НКСЧ), где производится их суммирование в соответствии с выражением

Комплексные значения накопленных сумм для каждого n-го радиосигнала, принятого выбранной первой парой i-ой и l-ой антенн, с пары выходов НСКЧ 14 поступают на пару входов ФП 15 вида , где производится определение их модулей значения которых поступают на вход ДОЗУ 16, где производится их запоминание.

Аналогичным образом по командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 12 для всех следующих пар i-ой и l-ой антенн с использованием аналогичных преобразований в НСКЧ 14 и ФП 15 в ДОЗУ 16 производится запоминание всех следующих значений .

По командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 16 значения для каждого n-го радиосигнала, принятого всеми p₁ парами i'-ой и l'-ой антенн,
расположенными в пределах контролируемой зоны, поступают с выхода ДОЗУ 16 на вход ВСЗ 17, где производится вычисление среднего значения Q₁, для каждого n-го сигнала в соответствии с выражением

Аналогичным образом, по командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 16 значения для каждого n-го радиосигнала, принятого всеми p₂ парами i"-ой и l"-ой антенн, расположенньми за пределами контролируемой зоны, а также - принятого всеми р3 парами i'-ой и l"-ой антенн, одна из которых расположена в пределах, а другая - за пределами контролируемой зоны, поступают с выхода ДОЗУ 16 на вход ВСЗ 17, где для каждого n-го сигнала производится вычисление средних значений Q₂ и Q₃ в соответствии с выражениями


Так, например, для приведенного на фиг.1 устройства, в котором антенны 1 и 2, находятся в пределах контролируемой зоны, а антенны 3 и 4 - за пределами контролируемой зоны р₁=1, p₂=1, p₃=4, причем



В соответствии с вышеупомянутыми выражениями значения параметров Q₁, Q₂ и Q₃ для n-го сигнала, расположенного в пределах контролируемой зоны, описываются выражениями



где А² _n - мощность излучаемого n-го сигнала.

При этом, с учетом того что r_i'(l'),n <r<SUB>i"(l"),n 1 выполняются условия

Значения параметров Q₁, Q₂ и Q₃ для n-гo сигнала, расположенного за пределами контролируемой зоны, описываются выражениями

;

причем с учетом того, что r_i'(l'),n ≥ r_i"(l"),n и W≤1 выполняются условия

В случае одновременного приема сигналов на совпадающих частотах от двух ИРИ, один из которых расположен в пределах контролируемой зоны, а другой - за пределами контролируемой зоны, в зависимости от мощностей излучения и расстояния до указанных ИРИ соотношение между Q₁ и может быть произвольным. Но вместе с тем, уменьшение (вплоть до отсутствия) корреляции между спектральными составляющими сигналов при вычислении Q₃ в соответствии с вышеупомянутыми выражениями, приводит к существенному уменьшению вычисляемых в НСКЧ 14 значений по сравнению с значениями , следствием чего является уменьшение параметра по сравнению с параметром Q₁, что является признаком наличия на совпадающих частотах ИРИ как в пределах, так и за пределами контролируемой зоны.

В связи с этим, с второго дополнительного выхода БУ 21 на управляющий вход БК18 поступает сигнал, соответствующий значению отношения действующих высот , a c первого, второго и третьего выходов ВСЗ 17 вычисления для каждого n-го сигнала значения Q1, Q2 и Q3 поступают на соответствующие входы БК 18, где производится проверка выполнения условий


В случае выполнения для соответствующего n-го обнаруженного сигнала хотя бы одного из вышеуказанных условий с выхода БК18 на управляющий вход ФССОС 19 поступает сигнал логической единицы, соответствующий обнаружению ИРИ в пределах контролируемой зоны. По этой команде в ФССОС 19 производится определение спектра мощности n-го обнаруженного сигнала для каждого соответствующего ЭЧК k'_min(n)≤k'≤k'_max(n) по всем парам антенн, расположенным в пределах контролируемой зоны, с последующим их суммированием для каждого соответствующего k'-го ЭЧК, для чего по командам, поступающим с синхровыхода БУ 21 на синхровход ДОЗУ 12 комплексные значения произведений синхронно принятых i'-ой и l'-ой антеннами, находящимися в пределах контролируемой зоны, спектральных составляющих каждого n-го обнаруженного сигнала с пары выходов ДОЗУ 12 поступают на пару входов ФССОС 19. Сформированные в ФССОС 19 спектральные характеристики сигналов от каждого ИРИ, находящегося в пределах контролируемой зоны, поступают на индикатор 20.

В устройстве, реализующем предложенный способ, используются известные типовые для радиоприемных устройств блоки, различные варианты осуществления которых описаны в ряде научно-технических источников информации. Конкретные функциональные схемы отдельных блоков могут отличаться функциональными схемами их выполнения, конструктивной и элементной базой, связями между функциональными элементами, однако обобщенная функциональная схема (фиг.1), описывающая заявленное устройство независимым пунктом формулы, сохраняется. Блок управления 21, также как и в ближайшем аналоге, в соответствии с выбранной разработчиком временной диаграммой функционирования отдельных блоков, выдает на них синхросигналы и управляющие сигналы, а также на ПУ 11 закодированное в двоичном коде значение уровня ложной тревоги (пороговый уровень P₁), который может быть изменен в зависимости от радиообстановки (повышения шумов, наличия мощных постоянных ИРИ и т.п.). Кроме того, в постоянном или оперативном запоминающем устройстве БУ 21 закодирована дополнительная информация о пороговом значении угла P₂ и об отношении эффективных действующих высот антенн 1, 2, находящихся в контролируемой зоне, и антенн 3, 4, находящихся вне контролируемой зоны. Эти сигналы соответственно поступают с первого дополнительного выхода БУ 21 на управляющий вход ДПУ 13 и со второго дополнительного выхода БУ 21 на управляющий вход БК18. При этом можно использовать совершенно различные типы антенн, которые позволяют оптимизировать обнаружение ИРИ (в частном случае могут быть выбраны и одинаковые антенны 1-4, h₁=h₂).

Функциональная схема варианта реализации ПКЧ 10 (фиг.2) содержит четыре перемножителя 22.1, 22.2, 22.3 и 22.4, сумматор 23 и вычитатель 24. Причем выходы первого и второго перемножителей 22.1 и 22.2 подсоединены соответственно к паре входов сумматора 23, выход которого является одним из выходов (Вых. 1) пары выходов ПКЧ 10, а выходы третьего и четвертого перемножителей 22.3 и 22.4 соответственно подсоединены к паре входов вычитателя 24, выход которого является другим выходом (Вых.2) пары выходов ПКЧ 10. Кроме того, объединенные первые входы первого и четвертого перемножителей 22.1 и 22.4 и объединенные первые входы второго и третьего перемножителей 22.2 и 22.3 являются соответственно первым (Вх.11) и вторым (Вх.12) входами первой пары входов ПКЧ 10. Объединенные вторые входы первого и третьего перемножителей 22.1 и 22.3 и объединенные вторые входы второго и четвертого перемножителей 22.2 и 22.4 являются соответственно первым (Вх.21) и вторым (Вх. 22) входами второй пары входов ПКЧ 10. При поступлении на пары входов Вх.11 и Вх.12, Вх.21 и Вх.22 пары комплексных чисел, каждое из которых состоит из действительной и мнимой составляющих на паре выходов ПКЧ 10 формируется действительная и мнимая части комплексно сопряженного произведения указанных чисел.

Функцональная схема варианта реализации ПУ 11 (фиг.3) содержит два функциональных преобразователя 25.1 и 25.2 вида , два компаратора 26.1 и 26.2, элемент И 27 и оперативное запоминающее устройство 28. Причем выходы ФП 25.1 и 25.2 подсоединены к первым входам соответственно компараторов 26.1 и 26.2, выходы которых подсоединены к паре входов элемента И 27, выход которого подсоединен к входу ОЗУ 28, выход которого (Вых.) является выходом ПУ 11, а управляющий вход которого является синхровходом (Синхр.) ПУ 11. Кроме того, объединенные вторые входы компараторов 26.1 и 26.2 являются управляющим входом (Упр.) ПУ 11. И, наконец, первый и второй входы (Вх. 11 и Вх. 12) функционального преобразователя 25.1 и первый и второй входы (Вх. 21 и Вх. 22) функционального преобразователя 25.2 являются соответственно первым и вторым входами первой пары входов и первым и вторым входами второй пары входов ПУ 11. Действительные и мнимые составляющие спектральных составляющих пар сигналов для каждого k-го ЭЧК поступают соответственно на две пары входов ПУ 11. В ФП 25.1 и 25.2 соответственно производится определение амплитуд пар сигналов, каждая из которых соответственно сравнивается в компараторах 26.1 и 26.2 с пороговым значением P₁, в случае превышения порогового значения P₁ с выхода компараторов 26.1 и 26.2 на входы элемента И 27 поступают сигналы логической единицы. При поступлении на оба входа элемента И 27 сигналов, соответствующих логическим единицам, на выходе элемента И 27 формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход ОЗУ 28, где номер k'-го ЭЧК запоминается в списке номеров ЭЧК, в которых обнаружены радиосигналы.

Функциональная схема варианта реализации ДПУ 13 (фиг.4) содержит два коммутатора 29.1 и 29.2, два буферных запоминающих устройства (БЗУ) 30.1 и 30.2, два вычитателя 31.1 и 31.2, два сумматора 32.1 и 32.2, два ФП 33.1 и 33.2 вида , делитель 34, функциональный преобразователь 35 вида arctg x и последовательно соединенные компаратор 36 и ОЗУ 37, выход которого (Вых. ) является выходом ДПУ 13, а управляющий вход которого, объединенный с управляющими входами коммутаторов 29.1 и 29.2 является синхровходом (Синх.) ДПУ 13. Причем пара выходов первого коммутатора 29.1 подсоединена соответственно к первым входам БЗУ 30.1 и 30.2, пара выходов второго коммутатора 29.2 подсоединена соответственно к вторым входам БЗУ 30.1 и 30.2. Первый и второй выходы БЗУ 30.1 подсоединены соответственно к объединенным первым входам первых вычитателя 31.1 и сумматора 32.1 и к объединенным первым входам вторых вычитателя 31.2 и сумматора 32.2. Первый и второй выходы БЗУ 30.2 подсоединены соответственно к объединенным вторым входам первых вычитателя 31.1 и сумматора 32.1 и к объединенным вторым входам вторых вычитателя 31.2 и сумматора 32.2. Выходы первого и второго вычитателей 31.1 и 31.2 подсоединены к паре входов ФП 33.1 вида . Выходы первого и второго сумматоров 32.1. и 32.2 подсоединены к паре входов ФП 33.2. вида . Выходы первого и второго сумматоров 33.1 и 33.2 подсоединены к паре входов делителя 34, выход которого подсоединен к входу ФП 35 вида arctg x, выход которого подсоединен к одному из входов компаратора 36, другой вход которого является управляющим входом (Упр.) ДПУ 13. Кроме того, входы коммутаторов 29.1 и 29.2 являются соответственно первым (Вх.1) и вторым (Вх.2) входами ДПУ 13.

ДПУ 13 работает следующим образом. По команде, поступающей с его синхровхода на управляющие входы коммутаторов 29.1 и 29.2, входы коммутаторов 29.1 и 29.2 соединяются с их первыми выходами. Сигналы, соответствующие действительной и мнимой частям выделенных k'-ых составляющих сигналов с первого (Вх. 1) и второго (Вх.2) входов ДПУ 13 поступают соответственно на первый и второй входы БЗУ 30.1, где производится их запоминание. Далее, по команде, поступающей с синхровхода ДПУ 13 на управляющие входы коммутаторов 29.1 и 29.2, входы коммутаторов 29.1 и 29.2 соединяются с их вторыми выходами. Сигналы, соответствующие действительной и мнимой частям следующих выделенных (k'+1)-ых составляющих сигналов с первого (Вх.1) и второго (Вх.2) входов ДПУ 13 поступают соответственно на первый и второй входы БЗУ 30.2, где производится их запоминание. Сигналы, соответствующие действительным частям k'-ой и (k'+1)-ой составляющих сигналов с первых выходов БЗУ 30.1 и 30.2 поступают на пару входов первого вычитателя 31.1, где производится их вычитание и с выхода вычитателя 31.1 сигнал, соответствующий разности действительных частей составляющих сигналов, поступает на первый вход первого ФП 33.1. Кроме того, сигналы с первых выходов БЗУ 30.1 и 30.2 поступают на пару входов первого сумматора 32.1, где производится их суммирование и с выхода сумматора 32.1 сигнал, соответствующий сумме действительных частей указанных составляющих сигналов, поступает на первый вход второго ФП 33.2. Сигналы, соответствующие мнимым частям k'-ой и (k'+1)-ой составляющих сигналов с вторых выходов БЗУ 30.1 и 30.2 поступают на пару входов второго вычитателя 31.2, где производится их вычитание и с выхода вычитателя 31.2 сигнал, соответствующий разности мнимых частей составляющих сигналов, поступает на второй вход первого ФП 33.1. Кроме того, сигналы с вторых выходов БЗУ 30.1 и 30.2 поступают на пару входов второго сумматора 32.2, где производится их суммирование и с выхода сумматора 32.2 сигнал, соответствующий сумме мнимых частей составляющих сигналов, поступает на второй вход второго ФП 33.2. В ФП 33.1. и 33.2 производится определение среднегеометрической амплитуды разностных и суммарных сигналов, которые с выходов ФП 33.1 и 33.2 поступают соответственно на первый и второй входы делителя 34. С выхода делителя 34 сигнал поступает на вход ФП 35 вида arctg x, где производится определение разности фаз между k'-ой и (k'+1)-ой спектральными составляющими сигналов. Сигнал с выхода ФП 35 совместно с сигналом, соответствующим порогу по углу Р₂, поступающим на управляющий вход ДПУ 13, поступают на пару входов компаратора 36. В случае, если сигнал с выхода ФП 35 не превышает порог по углу Р₂, на выходе компаратора 36 формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход ОЗУ 37, в котором производится запоминание номеров k'-ой и (k'+1)-ой спектральных составляющих как принадлежащих одному сигналу. Аналогичным образом в ДПУ 13 производится сравнение следующих (k'+1)-ой и (k'+2)-ой спектральных составляющих сигналов. После осуществления последовательного сравнения всех выделенных в ПУ 11 k'-ых спектральных составляющих сигналов, соответствующих ближайшим ЭЧК, в ОЗУ 37 запоминаются совокупности номеров ЭЧК, соответствующих каждому n-му сигналу k'_min(1)≤k'≤k'_max (1); k'_min(2)≤k'≤k'_max (2); . ..., k'_min(n)≤k'≤k'_max (n),..., k'_min(N_c)≤k'≤k'_max (N_c).

Функциональная схема варианта реализации ВСЗ 17 (фиг.5) содержит накопительный сумматор 38, делитель 39, датчик 40 числа пар антенн и оперативное запоминающее устройство 41, три выхода которого являются тремя выходами (Вых.1, Вых.2 и Вых.3) ВСЗ 17. Выход накопительного сумматора 38 совместно с выходом датчика 40 подсоединены к паре входов делителя 39, выход которого подсоединен к входу ОЗУ 41. Вход накопительного сумматора 38 является входом (Вх. ) ВСЗ 17. Объединенные управляющие входы датчика 40 и ОЗУ 41 являются синхровходом (Синхр. ) ВСЗ 17. Сигналы, поступающие на вход накопительного сумматора 38 суммируются. По команде, поступающей с синхровхода ВСЗ 17 на управляющий вход датчика 40, на его выходе формируется сигнал, соответствующий числу просуммированных в накопительном сумматоре 38 сигналов. Сигналы с выходов накопительного сумматора 38 и датчика 40 поступают на вход делителя 39, с выхода которого среднее значение сигналов поступает на вход ОЗУ 41, где производится их запоминание. По командам, поступающим на вход ОЗУ 41, в нем производится запоминание трех средних значений сигналов Q₁, Q₂ и Q₃ принимаемых соответствующими вышеупомянутыми парами антенн.

Функциональная схема варианта реализации БК 18 (фиг.6) содержит ФП 42 вида x², первый и второй перемножители 43.1 и 43.2, первый и второй компараторы 44.1 и 44.2 и элемент ИЛИ 45, выход которого является выходом (Вых.) БК 18. Объединенные вход ФП 42 и первый вход второго перемножителя 43.2 является управляющим входом (Упр.) БК 18. Объединенные первые входы компараторов 44.1 и 44.2 является первым входом (Вх.1) БК 18. Вторые входы первого и второго перемножителей 43.1 и 43.2 являются соответственно вторым (Вх.2) и третьим (Вх.3) входами БК 18. Выход ФП 42 подсоединен к первому входу первого перемножителя 43.1. Выходы первого и второго перемножителей 43.1 и 43.2 подсоединены к вторым входам соответственно первого и второго компараторов 44.1 и 44.2, выходы которых подсоединены к паре входов элемента ИЛИ 45.

БК 18 работает следующим образом. Сигнал, соответствующий отношению эффективных действующих высот с управляющего входа БК 18 поступает одновременно на вход ФП 42 и первый вход второго перемножителя 43.2. В ФП 42 производится возведение в квадрат поступившего сигнала, который с выхода ФП 42 поступает на первый вход первого перемножителя 43.1. Сигналы, соответствующие параметрам Q₂ и Q₃, описываемые вышеизложенными выражениями, с второго и третьего входов БК 18 Вх2 и Вх.3 соответственно поступают на вторые входы перемножителей 43.1 и 43.2. Перемноженные в перемножителях 43.1 и 43.2 сигналы поступают на вторые входы соответственно первого и второго компараторов 44.1 и 44.2. Сигнал, соответствующий параметру Q₁, описываемый вышеприведенным выражением, с первого входа Вх.1 БК 18 одновременно поступает на первые входы компараторов 44.1 и 44.2. В каждом из компараторов 44.1 и 44.2 производится сравнение пар сигналов поступивших на их входы. В случае превышения сигнала, поступившего на первый вход, по сравнению с сигналом, поступившим на второй вход на выходе каждого из компараторов 44.1 и 44.2 формируется сигнал логической единицы, в противном случае - сигнал логического нуля. Сигналы с выходов компараторов 44.1 и 44.2 поступают на пару входов элемента ИЛИ 45. В случае поступления хотя бы на один из входов элемента ИЛИ 45 сигнала логической единицы, на его выходе и, соответственно, на выходе (Вых. ) БК 18 формируется сигнал логической единицы, в противном случае - сигнал логического нуля.

Функциональная схема варианта реализации ФССОС 19 (фиг.7) содержит два ключа 46.1 и 46.2 и последовательно соединенные функциональный преобразователь 47 вида и накопительный сумматор 48, выход которого является выходом (Вых. ) ФССОС 19. Выходы ключей 46.1 и 46.2 подсоединены к паре входов ФП 4. Объединенные управляющие входы ключей 46.1 и 46.2 являются управляющим входом (Упр.) ФССОС 19. Входы ключей 46.1 и 46.2 являются входами (Вх.1 Вх.2) ФССОС 19.

ФССОС 19 работает следующим образом. При поступлении на управляющий вход (Упр. ) ФССОС 19 и соответственно на управляющие входы ключей 46.1 и 46.2, сигнала логической единицы, входы ключей 46.1 и 46.2 соединяются соответственно с их выходами и сигналы, поступающие парами, последовательно во времени на входы Вх.1 и Вх.2 ФССОС 19 соответственно поступают на пару входов ФП 47, где производится вычисление их среднегеометрической амплитуды. Сигналы с выхода ФП 47 последовательно во времени поступают на вход накопительного сумматора 48, где производится суммирование всех сигналов, поступающих на его вход. На входе накопительного сумматора 48 и соответствуно на выходе (Вых. ) ФССОС 19 формируется проссумированный для каждой обнаруженной частотной составляющей сигнал.

Специалистам понятно, что варианты реализации различных блоков функциональной схемы (фиг. 1) могут иметь различные конструктивные отдичия, не являющиеся предметом настоящего изобретения. Так, варианты реализации антенн 1-4 приведены, например, в [Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Сов.радио, 1974], антенного коммутатора 5, а также - коммутаторов и ключей, входящих в варианты реализации ДПУ 13 и ФССОС 19 приведены в [Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987], [Дзехцер Г.Б., Орлов О.С. P-i-n диоды в широкополосных устройствах СВЧ. - М.: Сов.радио, 1970], [Нефедов Е. И. , Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ. - М. : Радио и связь, 1994], приемника 4 - в [Рэд Эт.Т. Схемотехника радиоприемников. Практическое пособие: Пер. с нем. - М.: Мир, 1989] , [Ашихмин А. В. , Сергеев В.Б., Сергиенко А.Р. Радиоприемные тракты комплексов автоматизированного радиоконтроля: особенности, решения и перспективы. - Специальная техника, специальный выпуск, 2002 г, с.57-64]. Реализация других блоков устройства и их функциональных элементов, основанных на цифровой обработке сигналов, описана в ряде работ [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978], [Хоровиц П. , Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986], [Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - Спб:БХВ - Петербург, 2001].

Выполнение приемника 4 на современной элементной базе с шириной полосы пропускания каналов приемника, составляющей единицы и десятки мегагерц, и высокой скорости перестройки рабочего диапазона частот позволяет с использованием предложенных способа и устройства проводить обнаружение и определять количество источников радиоизлучения в пределах контролируемой зоны практически в "реальном" масштабе времени при одновременном сохранении высокой предельной чувствительности обнаружения и обеспечения возможности обнвружения источников на фоне помеховых радиоизлучений.

Так, например, для приемника, описанного в [Ашихмин А.В., Сергеев В.Б., Сергиенко А. Р. Радиоприемные тракты комплексов автоматизированного радиоконтроля: особенности, решения и перспективы. - Специальная техника, специальный выпуск, 2002 г., с.57-64] с полосой пропускания каналов ΔF = 4 МГц с объемом обрабатываемого в АЦП 7 массива временных отсчетов М ≈ 8000 ширина ЭЧК составляет . Для стандартных (типовых) радиосигналов, занимающих полосу ΔF_c = 25 кГц получаем m_c спектральных составляющих, определяемых из очередного соотношения . При когерентном сумировании выделенных с использованием предложенных способа и устройства спектральных составляющих, принадлежащих одному сигналу, на выходе накопительного сумматора отношение сигнал/(шум+помеха) повышается раз, то есть для рассматриваемого варианта в 5 раз. При этом соответственно в раз может быть снижен пороговый уровень P₁, определяющий интенсивность входных сигналов, подлежащих дальнейшей обработке без увеличения вероятности ложной тревоги, и соответственно улучшена предельная чувствительность обнаружения радиосигналов в пределах контролируемой зоны. Дополнительное улучшение предельной чувствительности достигается также путем увеличения количества точек приема и соответственно антенн в устройстве. Обработка радиосигналов в полосе ΔF = 4 МГц за время 5-10 мс, реализуемая с использованием современных цифровых устройств, позволяет обнаруживать источники радиоизлучения со скоростью (400-800) мГц/с, что позволяет в течение (2-5) с провести анализ частотного диапазона от 1 до 2000 МГц на наличие и количество источников радиоизлучения в пределах контролируемой зоны.

Ослабление требований к идентичности антенн, размещаемых в пределах контролируемой зоны, по сравнению с антеннами, размещаемыми за пределами контролируемой зоны, без ухудшения технических параметров обнаружения позволяет существенно упростить техническую реализацию предлагаемых способа и устройства, что является наиболее актуальным при необходимости функционирования в широком диапазоне частот.

Наиболее успешно заявленные способ и устройство обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны могут быть промышленно применимы для борьбы с несанкционированным прослушиванием помещений, в том числе при использовании для передачи информации сложных шумоподобных сигналов или сигналов, спектры которых находятся на "фоне" других, например, сигналов радиовещательных станций.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, включающий прием радиосигналов за пределами контролируемой зоны и, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны с использованием антенн, имеющих одинаковую эффективную действующую высоту h₁, обработку принятых в полосе частот сигналов с использованием преобразования Фурье и с получением для каждого элементарного частотного канала полосы частот спектральных составляющих радиосигналов, выделение элементарных частотных каналов полосы частот, в которых интенсивность спектральных составляющих радиосигналов, принятых, по меньшей мере, в двух точках в пределах контролируемой зоны, превышает заданный уровень ложной тревоги, отличающийся тем, что прием радиосигналов за пределами контролируемой зоны осуществляют, по меньшей мере, в двух точках с использованием антенн, имеющих одинаковую эффективную действующую высоту h₂, равную или отличающуюся от эффективной действующей высоты ₁, прием радиосигналов пары точек, находящихся как в пределах, так и за пределами контролируемой зоны, производят одновременно, обработку каждой из одновременно принятых пар радиосигналов производят синхронно, осуществляют перемножение комплексно сопряженных спектральных составляющих одновременно принятых пар радиосигналов, соответствующих выделенным элементарным частотным каналам, выделяют группы элементарных частотных каналов полосы частот, в которых аргументы произведений комплексно сопряженных спектральных составляющих пар радиосигналов, одновременно принятых, по меньшей мере, в одной паре точек в пределах контролируемой зоны, соответствующих выделенным элементарным частотным каналам полосы частот, совпадают с погрешностью, не превышающей заранее заданного порога, определяют для каждой выделенной группы элементарных частотных каналов среднее значение Q₁ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, находящихся в пределах контролируемой зоны, определяют среднее значение Q₂ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, находящихся за пределами контролируемой зоны, и определяют среднее значение Q₃ модулей сумм произведений пар комплексно сопряженных спектральных составляющих радиосигналов при приеме по всем возможным парам точек, одни из которых находятся в пределах, а другие - за пределами контролируемой зоны, и принимают решение об обнаружении в пределах контролируемой зоны каждого из источников электромагнитного излучения со спектром частот излучения, соответствующим выделенной группе элементарных частотных каналов, при выполнении, по меньшей мере, одного из условий

2. Устройство для обнаружения источников электромагнитного излучения в пределах контролируемой зоны, содержащее, по меньшей мере, первую и вторую идентичные антенны, расположенные в пределах контролируемой зоны, и третью антенну, расположенную за пределами контролируемой зоны, антенный коммутатор, приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье, оперативное запоминающее устройство между собой соединенные последовательно, а также пороговое устройство, блок компараторов, индикатор, блок управления, синхровыход которого подсоединен соответственно к управляющим входам антенного коммутатора, приемника, синхровходам аналого-цифрового преобразователя, блока преобразования Фурье, оперативного запоминающего устройства и порогового устройства, выход блока управления подсоединен к управляющему входу порогового устройства, выход которого подсоединен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, выходы всех антенн подсоединены к соответствующим входам антенного коммутатора, причем блок управления выполнен с возможностью подачи на управляющий вход порогового устройства сигнала, соответствующего значению заданного уровня ложной тревоги, отличающееся тем, что введены, по меньшей мере, четвертая антенна, подсоединенная к соответствующему входу антенного коммутатора, расположенная за пределами контролируемой зоны и выполненная идентичной третьей антенне, перемножитель комплексных чисел, два дополнительных оперативных запоминающих устройства, дополнительное пороговое устройство, накопительный сумматор комплексных чисел, функциональный преобразователь вида , вычислитель средних значений и формирователь спектральных составляющих обнаруженных радиосигналов, при этом приемник, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования Фурье и оперативное запоминающее устройство выполнены двухканальными, причем каналы приемника выполнены с общим гетеродином, выходы каждого из каналов блока преобразования Фурье, входы и выходы оперативного запоминающего устройства и входы порогового устройства выполнены двухканальными - по два канала для каждого выхода аналого-цифрового преобразователя, причем две пары выходов каналов оперативного запоминающего устройства подсоединены соответственно к двум парам входов перемножителя комплексных чисел и к двум парам входов порогового устройства, антенный коммутатор выполнен с двумя выходами, которые подсоединены соответственно к паре входов каналов приемника, пара выходов перемножителя комплексных чисел соответственно подсоединена к паре входов первого дополнительного оперативного запоминающего устройства, пара выходов которого подсоединена соответственно к паре входов накопительного сумматора комплексных чисел, к паре входов формирователя спектральных составляющих обнаруженных сигналов и к паре входов дополнительного порогового устройства, выход которого подсоединен к управляющему входу первого дополнительного оперативного запоминающего устройства, пара выходов накопительного сумматора комплексных чисел подсоединена соответственно к паре входов функционального преобразователя вида , выход которого подсоединен ко входу последовательно соединенных между собой второго дополнительного оперативного запоминающего устройства и вычислителя средних значений, три выхода которого подсоединены соответственно к трем входам блока компараторов, выход которого подсоединен к управляющему входу формирователя спектральных составляющих обнаруженных сигналов, выход которого подсоединен к входу индикатора, синхровходы первого и второго дополнительных оперативных запоминающих устройств, дополнительного порогового устройства и вычислителя средних значений подсоединены к синхровыходу блока управления, блок управления снабжен первым и вторым дополнительным выходом, а управляющие входы дополнительного порогового устройства и блока компараторов подсоединены соответственно к первому и второму дополнительным выходам блока управления, антенный коммутатор выполнен с возможностью по командам управления блока управления синхронного подсоединения любой пары его входов к паре его выходов, блок управления выполнен с возможностью подачи на управляющий вход антенного коммутатора команд для последовательного во времени подключения через антенный коммутатор выходов всех возможных пар антенн к паре входов каналов приемника, с возможностью подачи на управляющий вход дополнительного порогового устройства сигнала, соответствующего значению порога по углу, и с возможностью подачи на управляющий вход блока компараторов сигнала, соответствующего значению отношения действующих высот антенн, расположенных в пределах и за пределами контролируемой зоны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7