Способ определения с повышенным быстродействием угломестного пеленга и амплитуды сигнала источника радиоизлучения



 


Владельцы патента RU 2467345:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Технический результат - существенное упрощение, минимизация количества элементов и аппаратуры для передвижных (переносимых) пеленгаторов при пеленгации одиночных (отдельных) сигналов, существенное повышение скорости и точности определения угломестных пеленгов при приеме радиосигналов одного источника радиоизлучения (ИРИ) с использованием линейных и нелинейных (в т.ч. кольцевых) антенных систем (АС), состоящих из слабонаправленных элементов (вибраторов) и имеющих два синхронизированных канала регистрации и известный азимутальный пеленг радиоизлучения. Повышение скорости определения пеленгов достигается за счет использования особенностей линейных элементов АС. Способ определения с повышенным быстродействием при известном азимутальном пеленге θ значений угломестного пеленга β и амплитуды и сигнала источника радиоизлучения включает выбор двух элементов антенной системы, восстановление вектора комплексных амплитуд сигналов у1 и у2 с выходов выбранных элементов. Далее у1 и у2 поступают на делитель (у21) с вычислением косинуса угломестного пеленга β на выходе делителя по формуле: где λ - длина волны сигнала источника радиоизлучения, d - расстояние между выбранными элементами антенной системы, далее определяют угол места β через тригонометрическую функцию арккосинус, а затем из формулы восстановленного вектора комплексных амплитуд сигналов определяют амплитуду и сигнала ИРИ. Дополнительно для повышения достоверности результатов определяют статистические дисперсии полученных значений амплитуды u сигнала и угломестного пеленга β по общей формуле: где f(x) - cosβ или u; хi, i=1…6(k=6); х1≡λ; х2≡d; x3≡cosθ; x5≡φ - начальная фаза сигнала у1 или у2; x6≡у1 или у2; с использованием аналитических выражений частных производных и заранее известных величин дисперсий D(xi) переменных хi. 1 з.п. ф-лы.

 

Область техники

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации.

Уровень техники

Пеленгация источников радиоизлучения (ИРИ) имеет место в процессе мониторинга радиоэлектронной обстановки. При этом необходимо определять не только азимутальные, но и угломестные пеленги ИРИ, что серьезно увеличивает вычислительную сложность соответствующих способов. Пеленгатор регистрирует излучение путем записи сигналов на элементах антенной системы (AC) - вибраторах. Выполняя различные действия над сигналами с вибраторов, определяют параметры излучения.

Известен авторский способ определения азимутальных и угломестных пеленгов источников радиоизлучения с повышенным быстродействием [1], выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа) предлагаемого способа. Способ-прототип предназначен для нелинейных АС, а для линейных АС проводят разделение на две логические части, выбор опорного элемента в каждой из выделенных частей АС; восстановление (фиксацию, запись) вектора комплексных амплитуд сигналов, полученных с выхода каждого элемента АС, с последующим его разделением, соответствующим логическому разделению АС; использование для определения азимутальных и угломестных пеленгов для каждого ИРИ систем координат, связанных с первой и со второй логическими частями АС, с помощью процедуры поиска максимумов квадрата модуля одномерного углового спектра определение произведений косинусов азимутального и угломестного пеленгов для каждого ИРИ с использованием измеренных набегов фаз на элементах АС относительно выбранного опорного элемента и с учетом того, что в аналитическое выражение комплексной амплитуды сигнала на соответствующем элементе АС азимутальные и угломестные пеленги входят в качестве произведения их косинусов, вычисление этих пеленгов.

Недостатком прототипа является необходимость использования нелинейной AC, a также отсутствие учета зачастую известной информации: известного значения азимутальной составляющей пеленга и факта регистрации только одного сигнала. Кроме того, прототип требует как минимум трех синхронизированных каналов регистрации даже при регистрации одного сигнала. Синхронизация каналов - достаточно сложная процедура, и она дополнительно усложняется при увеличении числа каналов. Есть пеленгаторы, имеющие только два канала, но число элементов (вибраторов) в их АС не меньше трех с попарным опросом элементов (вибраторов). Чтобы применить способ прототипа, надо знать точно время переключения вибраторов [2] и принять допущение, что за это время пеленги не изменились. В силу этих проблем в пеленгаторах с двумя каналами угол места не определяется, а определяется только азимут излучения. В практических приложениях этого недостаточно, особенно в горной или холмистой местности.

Раскрытие изобретения

Достигаемый технический результат - существенное упрощение, минимизация количества элементов и аппаратуры для передвижных (переносимых) пеленгаторов при пеленгации одиночных (отдельных) сигналов, существенное повышение скорости и точности определения угломестных пеленгов при приеме радиосигналов одного ИРИ с использованием линейных и нелинейных (в т.ч. кольцевых) антенных систем (АС), состоящих из слабонаправленных элементов (вибраторов) и имеющих два синхронизированных канала регистрации и известный азимутальный пеленг радиоизлучения. Повышение скорости определения пеленгов достигается за счет использования особенностей линейных элементов АС.

В прототипе необходимо иметь минимум три элемента (вибратора) в АС и минимум три синхронизованных канала обработки сигналов. В предлагаемом способе достаточно иметь только два элемента (вибратора) в АС и два синхронизованных канала обработки сигналов.

В обоих способах присутствует сложная операция синхронизации измерительных каналов. Но синхронизовать два канала значительно проще, чем три канала. Таким образом, в предлагаемом способе сокращено на треть число элементов пеленгатора, увеличено быстродействие и снижена вычислительная сложность определения угломестных пеленгов ИРИ, существенно уменьшено технологическое время на синхронизацию измерительных каналов.

В предлагаемом способе определяют для поступившего на АС радиосигнала его амплитуду (мощность) u и угломестный пеленг β при известном азимуте θ.

Способы самостоятельного определения азимутальной составляющей пеленга известны и описаны, например, в [2]. Для пеленгатора с двумя каналами регистрации можно указать следующий способ определения азимутальной составляющей пеленга. Прямую линию, проходящую через любые два вибратора, ориентируют механически или расчетным путем таким образом, чтобы фазы излучения на каждом элементе (вибраторе) были равны. Направление азимута пеленга при любом значении угломестного пеленга перпендикулярно к указанной прямой, и таким образом, азимутальная составляющая пеленга определена.

Способ определения с повышенным быстродействием при известном азимутальном пеленге θ значений угломестного пеленга β и амплитуды u сигнала источника радиоизлучения включает выбор двух элементов антенной системы, восстановление вектора комплексных амплитуд сигналов у1 и у2 с выходов выбранных элементов. Далее у1 и у2 поступают на делитель (у21) с вычислением косинуса угломестного пеленга β на выходе делителя по формуле:

где λ - длина волны сигнала источника радиоизлучения,

d - расстояние между выбранными элементами антенной системы, далее определяют угол места β через тригонометрическую функцию арккосинус, а затем из формулы восстановленного вектора комплексных амплитуд сигналов определяют амплитуду u сигнала ИРИ.

Дополнительно для повышения достоверности результатов определяют статистические дисперсии полученных значений амплитуды u сигнала и угломестного пеленга β по общей формуле из [3]:

где f(x) - cosβ или u; xi, xi=1…6(k=6); x1≡λ; x2≡d; x3≡cosθ;

; x5=φ - начальная фаза сигнала y1 или y2, х61 или у2;

с использованием аналитических выражений частных производных и заранее известных величин дисперсий D(xi) переменных xi.

Осуществление изобретения

Способ реализуют следующим образом.

1. Выбирают любые два элемента (вибратора) и получают из них линейную АС.

Восстанавливают вектор комплексных амплитуд сигналов y=[y1, y2]T, полученных с выхода каждого элемента АС.

2. Для двухэлементной линейной АС комплексную амплитуду, полученную с выхода m-го элемента (вибратора), описывают формулой

где m=1, 2. (номер элемента в антенной системе),

j - мнимая единица ,

θ - азимутальный пеленг,

β - угломестный пеленг,

f0 - частота сигнала, излучаемого пеленгуемым ИРИ,

u - амплитуда сигнала,

φ - начальная фаза сигнала,

t - время,

λ - длина волны сигнала ИРИ,

d - расстояние между элементами (вибраторами) антенной системы.

При этом формула для опорного (первого m=1) элемента имеет вид:

у1(θ,β,t)=u exp{j[2πf0t+φ]}.

3. Сигналы y1 и y2 поступают на делитель. Эта операция может выполняться программным путем. Аналитическое выражение для отношения (у21) - комплексных амплитуд второго и первого вибраторов, когда за начало отсчета принят первый опорный элемент (вибратор): у21=exp{j[(2π/λ)dcosθcosβ]}.

4. Приравнивают аналитическое выражение для (у21) к отношению тех же величин сигналов, полученных с вибраторов. При этом для получения искомого результата достаточно приравнять их мнимые части, то есть получить функцию фазы между сигналами arg(у21):

Примечание: Здесь учтено, что по определению для комплексной величины ξ=u+jv имеют lnξ=ln|ξ|+jargξ и argξ=tg(v/u).

5. Тогда

и далее угол β вычисляют через тригонометрическую функцию арккосинус.

6. Для определения амплитуды сигнала u подставляют в формулу (1) уже известные значения cosθ, cosβ и значения комплексной амплитуды сигнала y1 или y2.

7. Дополнительно для оценки достоверности получаемых результатов вычисляют дисперсии полученных значений амплитуды сигнала и угломестного пеленга по общей формуле из [3]:

Время получения результата (обработки сигналов в простых вычислениях по формулам (1-3)) в предлагаемом способе на порядок меньше, чем в прототипе.

Конкретно в предлагаемом способе пеленгатор регистрирует излучение путем записи сигналов на вибраторах. Зарегистрированные сигналы, каждый их которых представлен в виде ряда комплексных чисел, делят друг на друга в делителе. С делителя снимают сигнал (тоже комплексное число), который связан с искомой величиной (углом места) известной зависимостью формулы (2). Отсюда находят значение косинуса угла места. После чего по формуле (1) определяют амплитуду сигнала. Затем по известной формуле (3) вычисляют дисперсии полученных оценок параметров сигналов излучения.

Данную процедуру выполняют для всей записи сигналов и результаты усредняют.

Пример имитационного моделирования способа в пакете Matlab.

ИРИ излучает реальный гармонический сигнал неизвестной амплитуды u на частоте 100 МГц, имеющий азимутальный пеленг θ=60°, при этом угломестный пеленг β неизвестен. Соотношение сигнал/шум сделано равным 20 дБ.

Пеленгацию осуществляют посредством АС из двух вибраторов. Расстояние d между элементами АС установлено оптимально равным λ/2 для упрощения вычислений.

Измеренное отношение у21 равно ехр(j1,360) или cos1,360+j sin1,360. ln|ξ|=ln1=0; argξ=tg1,360.

Вычисления проводили путем прямого расчета по формулам (2, 1, 3). Время выполнения обработки сигналов в пакете Matlab на обычном ПК с 2-ядерным процессором, процессорной частотой 2 ГГц и операционной системой Windows - менее 0,001 сек.

Taк как , то или , cosβ=0,866, β=30°. Из выражения, полученного при регистрации сигнала, определяют амплитуду сигнала u=4 (мВ).

По результатам дополнительной оценки дисперсий результатов погрешности полученных величин не превышают 1%.

Источники информации

1. Патент РФ №2380720 «Способ определения азимутальных и угломестных пеленгов источников радиоизлучения с повышенным быстродействием», Грешилов А.А., Плохута П.А., МПК 00185/04.

2. Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. - М.: Сов. радио, 1979.

3. Грешилов А.А. Математические методы принятия решений. Допущено Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным специальностям. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. - 584 с.

1. Способ определения с повышенным быстродействием при известном азимутальном пеленге θ значений угломестного пеленга β и амплитуды u сигнала источника радиоизлучения (ИРИ), включающий элементы в антенной системе (АС) и синхронизированные каналы обработки сигналов, отличающийся тем, что производят восстановление вектора комплексных амплитуд сигналов у1 и у2 с выходов выбранных элементов АС; восстановленный вектор комплексных амплитуд сигналов описан формулой:

где m - номер элемента в AC (m=1 или 2),
j - мнимая единица
θ - азимутальный пеленг,
β - угломестный пеленг,
f0 - частота сигнала, излучаемого пеленгуемым ИРИ,
u - амплитуда сигнала,
φ - начальная фаза сигнала,
t - время,
λ - длина волны сигнала ИРИ,
d - расстояние между элементами АС;
далее у1 и у2 поступают на делитель (у21), при этом аналитическое выражение для (у21) приравнивают к отношению мнимых частей тех же величин сигналов, полученных с элементов АС:
arg(у21)=(2π/λ)d cosθ cosβ;
тогда косинус угломестного пеленга β на выходе делителя вычисляют по формуле:

далее определяют угол β через тригонометрическую функцию арккосинус, а затем определяют амплитуду u сигнала ИРИ путем подстановки в вышеприведенную формулу восстановленного вектора комплексных амплитуд сигналов у1 или у2 уже известных значений cosθ, cosβ и значений у1 или у2.

2. Способ по п.1, включающий дополнительное вычисление дисперсий полученных значений амплитуды u сигнала и угломестного пеленга β по общей формуле:

где f(x) - cos β или u; xi, i=1…6(k=6); х1≡λ; х2≡d; x3≡cosθ; x5≡φ - начальная фаза сигнала у1 или у2; x6≡у1 или у2,
с использованием аналитических выражений частных производных и заранее известных величин дисперсий D(xi) переменных xi.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в контрольно-измерительных системах для анализа загрузки поддиапазонов частот, определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), измерения частотных и временных параметров радиосигналов, а также напряженности электрического поля линейно-поляризованной волны.

Изобретение относится к радиотехническим средствам определения местоположения работающих радиолокационных станций (РЛС), имеющих сканирующую направленную антенну.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля для определения местоположения наземных источников радиоизлучения в диапазоне частот от примерно 100 МГц до 3 ГГц.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля и радиотехнической разведки для определения направления на источник радиоизлучения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники многолучевых радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно числа лучей, поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, а именно к цифровым вычислительным системам для обработки входной информации о характеристиках боевых средств, ее преобразовании, выбора необходимой стратегии, формировании критериев противоборства с выявлением результатов боя, оценки своих потерь и нанесенного противнику ущерба, может быть использовано командным составом Вооруженных Сил в процессе его обучения и переучивания, проведения командно-штабных учений и непосредственно для планирования группового боя (ГБ).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поиска сложных сигналов. .

Изобретение относится к области радиотехники , а именно к пассивным системам радиоконтроля и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения в целях радиоконтроля, навигации, активной и пассивной локации

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для восстановления изображений и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и угломестного направлений на источники волн различной природы: упругих волн в различных средах, в частности звуковых, волн на поверхности жидкости и электромагнитных волн

Изобретение может быть использовано в системах радиоконтроля. Способ включает предварительное определение рабочей зоны, в ней области объекта, прием радиосигналов в пунктах приема с помощью пеленгаторных антенн и многоканального приемного устройства. Для каждого пункта приема оценивают распределение уровня помех в рабочей зоне, для чего измеряют энергию принятых радиосигналов, преобразуют их в пространственный спектр, который вычитают из измеренной энергии. Затем определяют среднее геометрическое распределений уровня помех, его минимумы в области объекта и вне объекта, значения минимумов сравнивают, по результатам чего идентифицируют радиосигналы и определяют местоположение источника как положение минимума в области объекта. Преобразование в пространственный спектр выполняют путем компенсации расчетных, с учетом расстояний от пеленгаторных антенн до источников, набегов фаз, последующего суммирования преобразованных радиосигналов, квадратичного детектирования суммарного радиосигнала и деления на число пеленгаторных антенн. Рабочую зону определяют в виде круга с центром в геометрическом центре объекта и квантуют исходя из заданной точности определения местоположения источника контролируемого объекта по закону спирали Архимеда. Достигаемый технический результат - повышение достоверности идентификации, увеличение точности определения местоположения излучателя. 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - повышение скорости пеленгации при приеме радиосигналов нескольких источников радиоизлучения, работающих на одной частоте, с использованием круговых антенных систем (АС), состоящих из слабонаправленных элементов (вибраторов). Повышение скорости пеленгации достигается за счет использования эффективного алгоритма идентификации параметров радиосигналов, а именно получение пеленгов осуществляют в круговой АС посредством предварительного введения в вычислитель системы уравнений, сформированной для конкретной предварительно образмеренной круговой АС и при заданных значениях азимутальных пеленгов θk в заданных диапазонах: ; m∈[1,m] ξi=ехр(j(2πR/λ)cosθicosβi) uiexp(jαi) - комплексная амплитуда сигнала i-го ИРИ; R - радиус AC; λ - длина волны сигнала, излучаемого ИРИ; αi - начальная фаза i-го сигнала; γm - угол между линией, проведенной через центр АС и ее m-й элемент АС, и линией отсчета азимутальных пеленгов; М - количество элементов (вибраторов) круговой АС; К - количество ИРИ; N - количество заданных дискрет азимутального пеленга; на выходе решения указанной системы уравнений получают значения параметров амплитуд uiexp(jαi) и значений ξi, которые вместе с заданными значениями θi поступают на вход блока вычисления угломестных пеленгов βi через функцию арккосинус из условия: ξi=ехр(j(2πR/λ)cosθicosβi). 1 ил.

Способ предназначен для мониторинга радиоэлектронной обстановки при многолучевом распространении радиоволн, воздействии преднамеренных и непреднамеренных помех, отражениях сигнала от различных объектов и слоев атмосферы. Достигаемый технический результат - повышение надежности, точности и скорости пеленгации при приеме электромагнитных сигналов от нескольких источников радиоизлучения, в условиях априорной неопределенности относительно формы сигнала, шумов и помех. Указанный результат достигается тем, что получение многосигнального углового спектра мощности P, представляющего собой распределение квадратов амплитуд по пеленгам α и β, обеспечивается минимизацией функции максимального правдоподобия, путем обеспечения сходимости по времени накопления цифровых отсчетов, с учетом использования рекурсивного представления для оценки сигнальной и корреляционной матриц сигналов, по полученному многосигнальному угловому спектру мощности строится пеленгационная панорама, по которой определяется количество, интенсивность и пеленги источников радиоизлучения, кроме того, дополнительно определяется критерий наличия сигнала на заданном направлении сканирования. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - получение углового спектра нескольких ИРИ, уменьшение времени расчета пеленгов и повышение точности пеленгации. Сущность заявленного способа заключается в том, что осуществляют прием многолучевого сигнала посредством многоэлементной антенной системы (АС), синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов, зависящих от времени и номера элемента АС, в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал амплитудно-фазового распределения (АФР) y, описывающий распределение амплитуд u и фаз φ сигналов на элементах АС, определение двумерного сигнала А комплексной фазирующей функции размером М×N, зависящего от заданной частоты приема и описывающего возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника, где М - число элементов АС, N - число угловых направлений, соответствующих заданным потенциально возможным направлениям сигнала по азимуту θк и углу места βк, где к=1, 2,…, N. При этом получение многосигнального углового спектра и вектора амплитуд сигналов u, представляющего собой распределение амплитуд по пеленгам θк и βк, осуществляют путем формирования точечных оценок амплитуд u и пеленгов сигналов за счет использования функционала с заданным шагом обновления направления спуска по методу сопряженных градиентов, включающего в себя сумму разностей сигнала А, умноженного на амплитуду искомого сигнала АФР y, и произведения уi на логарифм сигнала А, умноженного на амплитуду искомого сигнала АФР y, деленных на ε i 2 y i , где εi - относительная погрешность значения yi, точка минимума которого определяет точечные оценки параметров Θ, что позволяет определить для каждого пеленга в заданном диапазоне углов амплитуду u. По полученному многосигнальному угловому спектру строят пеленгационную панораму, по которой определяют количество, интенсивность и пеленги источников радиоизлучения. 1 з.п.ф-лы,1 ил.

Изобретение относится к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгации при приеме радиосигналов одного или нескольких источников радиоизлучения, работающих на одной частоте, а также получение интервальных оценок значений пеленгов. Указанный результат достигается за счет того, что способ включает в себя прием многолучевого сигнала посредством многоэлементной антенной системы (АС), синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов, зависящих от времени и номера элемента АС, в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал-вектор амплитудно-фазового распределения (АФР), описывающий распределение амплитуд и фаз на элементах АС, вычисление сигнала фазирующей функции и определение пеленгов сигналов при заданных с погрешностью параметрах АС. При этом получение истинных значений пеленгов осуществляют посредством идентификации наиболее вероятных оценок параметров АС, участвующих в расчете с помощью итерационного процесса конфлюэнтного анализа сигналов, который позволяет учесть неопределенности всех величин, участвующих в расчете, для уточнения значений элементов АС и сигнала АФР, входящих в определение пеленгов. После окончания итерационного процесса определяют интервальную оценку найденных пеленгов на основе вычисленной корреляционной матрицы ошибок найденных значений пеленгов. 1 ил.

Изобретение относится к области ближней локации и может быть использовано в информационно-измерительных средствах и системах, работающих в режимах активного распознавания слабоконтрастных целей с блестящими точками на фоне широкополосных и распределенных в пространстве помех, а также в условиях работы ретрансляторов, имитирующих сигнал, отраженный от цели. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости. Указанный результат достигается наличием в предложенном устройстве - радиолокационном обнаружителе - генератора шума, сигнал которого складывается с пилообразным модулирующим сигналом, и устройства обработки по относительной ширине полосы энергетического спектра доплеровского сигнала в качестве анализатора, которое обеспечивает распознавание цели с блестящими точками от распределенной в пространстве помехи, а также обеспечивает резкую отсечку функции чувствительности за пределами рабочей дальности и инвариантность работы автономной информационной системы по отношению к амплитуде принимаемого сигнала в пределах рабочей дальности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС) угломерно-дальномерным способом. Достигаемый технический результат - повышение точности местоопределения ИРИ при незначительном возрастании временных затрат. Технический результат достигается благодаря дополнительному измерению угла места на ИРИ и полному учету пространственной ориентации ЛПС. Данный подход позволил перейти от «расчета всех возможных значений корреляции и применения их при формировании элементов матрицы измерений», каждый из которых соответствует определенной элементарной зоне привязки, на подход «расчет значений корреляций для каждой элементарной зоны привязки». Устройство определения координат ИРИ, реализующее способ, содержит блок определения пространственных параметров, первый, второй, третий, четвертый и пятый вычислители-формирователи, первый и второй блоки памяти, радионавигатор, устройство угловой ориентации, блок измерения первичных пространственно-информационных параметров, генератор синхроимпульсов, блок оценивания, блок определения координат и блок индикации, определенным образом соединенные между собой. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх