Способ компьютерно-интерферометрического обнаружения-пеленгования радиосигналов с расширенным спектром



Способ компьютерно-интерферометрического обнаружения-пеленгования радиосигналов с расширенным спектром

 


Владельцы патента RU 2470315:

Федеральное Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для пассивного обнаружения и пеленгования систем связи, локации и управления, использующих радиосигналы с расширенным спектром. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышенная чувствительность при обнаружении и повышенная точность пеленгования источников радиоизлучений в условиях временной рассогласованности передатчика и обнаружителя-пеленгатора и при присутствии в анализируемой выборке радиосигналов от нескольких источников, следующих друг за другом по времени. Технический результат достигается за счет применения комплексного вейвлет-преобразования цифровых сигналов, разбиения вейвлет-спектра на частотно-временные окна и двухэтапной процедуры принятия решения об обнаружении-пеленговании, что приблизило качество согласованной фильтрации при низких отношениях сигнал/шум и временной рассогласованности передатчика и обнаружителя-пеленгатора к предельно достижимому качеству для случая полностью известного сигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для пассивного обнаружения-пеленгования сложных радиосигналов априори неизвестной формы с низкой спектральной плотностью мощности.

Известен способ компьютерно-интерферометрического обнаружения радиосигналов с расширенным спектром частот [1], использующий совокупность пространственно разнесенных приемных каналов, который включает:

1. Когерентный прием радиосигнала с широким спектром частот решеткой антенн в заданной полосе.

2. Синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами решетки радиосигналов в цифровой форме.

3. Синхронную регистрацию цифровых сигналов в заданном временном интервале.

4. Преобразование цифровых сигналов в комплексные временные спектры частот радиосигналов каждой антенны, например, дискретным преобразованием Фурье по времени с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье. В результате данного преобразования формируется матрица комплексных временных спектров принятого решеткой радиосигнала.

5. Запоминание матрицы спектров принятого радиосигнала.

6. Вычисление спектра мощности радиосигнала опорной антенны решетки.

7. Сравнение спектра мощности радиосигнала опорной антенны решетки с порогом и выбор частот, на которых обнаружен радиосигнал передатчика.

8. Получение амплитудно-фазового распределения (АФР) радиосигнала, принятого антеннами решетки, путем свертки комплексно-сопряженного спектра опорной и спектров радиосигналов остальных антенн решетки на выбранных частотах.

9. Вычисление углового спектра принятого радиосигнала путем умножения полученного АФР на комплексную фазирующую функцию, зависящую от конфигурации антенной решетки, и суммирование полученных произведений.

10. Определение пеленга передатчика по максимуму квадрата модуля комплексного углового спектра радиосигнала.

В этом способе перед вычислением пеленга путем свертки комплексно-сопряженного спектра опорной и спектра сигнальной антенны решетки осуществляют сжатие спектра радиосигнала, принятого каждой антенной решеткой.

К недостаткам данного способа следует отнести:

- резкое уменьшение чувствительности при обнаружении и возникновение аномально больших ошибок пеленгования в условиях присутствия радиосигнала с расширенным спектром лишь в некоторой временной части анализируемой выборки, меньшей ее длительности;

- невозможность различения радиосигналов с расширенным спектром от различных источников излучения, следующих один за другим в анализируемой выборке.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками аналога:

1. Когерентный прием радиосигнала с широким спектром частот решеткой антенн в заданной полосе частот.

2. Синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами решетки радиосигналов в цифровой форме.

3. Синхронную регистрацию цифровых сигналов в заданном временном интервале.

4. Запоминание матрицы спектров принятого радиосигнала.

5. Вычисление углового спектра принятого радиосигнала путем умножения полученного АФР радиосигнала на комплексную фазирующую функцию, зависящую от конфигурации антенной решетки, и суммирование полученных произведений.

6. Определение пеленга передатчика по максимуму квадрата модуля комплексного углового спектра радиосигнала.

Также известен способ обнаружения-пеленгования радиосигналов с широким спектром частот [2], который включает:

1. Когерентный прием радиосигналов с широким спектром решеткой антенн в заданной полосе частот. В результате формируется ансамбль сигналов, зависящих от времени и от положения антенны в решетке относительно опорной антенны.

2. Синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы.

3. Синхронную регистрацию цифровых сигналов на заданном временном интервале.

4. Преобразование цифровых сигналов в комплексные временные спектры радиосигнала каждой антенны дискретным преобразованием Фурье по времени с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье. В результате этой операции формируется матрица комплексных временных спектров принятого радиосигнала.

5. Запоминание матрицы спектров принятого радиосигнала.

6. Итерационную реконструкцию АФР радиосигнала и комплексного спектра выходного радиосигнала решетки антенн с использованием матрицы спектров принятого радиосигнала и выбором в качестве приближения спектра радиосигнала комплексно-сопряженного спектра радиосигнала опорной антенны решетки.

7. Преобразование реконструированного АФР радиосигнала в двумерный комплексный угловой спектр.

8. Определение пеленга передатчика радиосигналов по максимуму квадрата модуля комплексного углового спектра.

9. Принятие решения об обнаружении радиосигнала с широким спектром.

10. Определение достоверности обнаружения-пеленгования радиосигнала.

К недостаткам второго аналога - прототипа следует отнести: во-первых, его некорректную работу при наличии в полосе анализа больше одного радиосигнала, и, во-вторых, ухудшение характеристик обнаружения и уменьшения точности пеленгования при наличии временной рассогласованности передатчика и устройства обнаружения-пеленгования, т.е. в случае, когда переданный радиосигнал будет присутствовать лишь в некоторой временной части анализируемой выборки радиосигналов.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипа:

1. Когерентный прием радиосигналов с широким спектром решеткой антенн в заданной полосе частот. В результате формируется ансамбль сигналов, зависящих от времени и от положения антенны в решетке относительно опорной антенны.

2. Синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы.

3. Синхронную регистрацию цифровых сигналов на заданном временном интервале.

4. Запоминание матрицы спектров принятого радиосигнала.

5. Итерационную реконструкцию АФР радиосигнала и комплексного спектра выходного радиосигнала решетки антенн с использованием матрицы спектров принятого радиосигнала и выбором в качестве приближения спектра радиосигнала комплексно-сопряженного спектра радиосигнала опорной антенны решетки.

6. Преобразование реконструированного АФР радиосигнала в двумерный комплексный угловой спектр.

7. Определение пеленга передатчика радиосигналов по максимуму квадрата модуля комплексного углового спектра.

8. Определение достоверности обнаружения-пеленгования.

Техническим результатом изобретения является повышенная чувствительность при обнаружении и повышенная точность пеленгования источников радиоизлучений в условиях временной рассогласованности передатчика и обнаружителя-пеленгатора и при присутствии в анализируемой выборке радиосигналов более чем от одного источника, следующих друг за другом по времени.

Повышение эффективности обнаружения-пеленгования радиосигналов достигается за счет использования при преобразовании цифровых сигналов в комплексные спектры каждой антенны решетки, вместо традиционного преобразования Фурье, аналитического вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, что позволяет получить комплексный вейвлет-спектр, локализованный как в частотной, так и во временной области; разбиение полученных вейвлет-спектров на частотно-временные окна и дальнейшей обработки коэффициентов комплексного вейвлет-спектра в каждом окне, позволяющей осуществить когерентное по частоте и синхронное по времени сложение радиосигналов всех антенн решетки в направлении на источник. Это разбиение обеспечивает когерентное накопление полезного выходного радиосигнала антенной решетки в каждом частотно-временном окне и соответствующего АФР радиосигнала на фоне шумов, что приводит к максимально возможному отношению сигнал/шум при сжатии спектра радиосигнала неизвестной формы и приближает качество согласованной фильтрации к предельно достижимому качеству для случая полностью априори известного радиосигнала опорной антенны решетки.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что в способе обнаружения-пеленгования радиосигналов с широким спектром, включающем когерентный прием радиосигнала антенной решеткой в заданной полосе частот, синхронное преобразование совокупности принятых антеннами решетки радиосигналов в цифровые сигналы и их синхронную регистрацию в заданном интервале времени, согласно изобретению, преобразование цифровых сигналов в комплексные частотно-временные спектры радиосигнала каждой антенны решетки осуществляют с помощью непрерывного вейвлет-преобразования, полученные вейвлет-спектры разбивают на частотно-временные окна в зависимости от априорных данных о минимальной длительности и ширине спектра обнаруживаемых радиосигналов, преобразуют трехмерные матрицы оконных вейвлет-спектров принятого радиосигнала в двумерные, итерационно реконструируют АФР радиосигнала и комплексный частотно-временной спектр выходного радиосигнала антенной решетки в каждом окне, используя матрицу спектров принятого сигнала, а в качестве начального приближения спектра принятого радиосигнала - комплексно-сопряженный спектр радиосигнала опорной антенны решетки, преобразуют реконструированное АФР радиосигнала в двумерный комплексный угловой спектр, по максимуму его модуля находят азимутально-угломестный пеленг принятого радиосигнала в каждом окне, принимают решение об обнаружении радиосигнала в окне и определяют достоверность обнаружения-пеленгования, используя полученные значения пеленга, АФР радиосигнала и спектра выходного радиосигнала антенной решетки, объединяют соседние окна вейвлет-спектра, в которых обнаружен радиосигнал с одним пеленгом, и принимают окончательное решение об обнаружении-пеленговании радиосигналов и их количестве в анализируемой временной выборке.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства обнаружения и пеленгования, работающего по заявляемому способу.

Технический результат изобретения достигается с помощью устройства (фиг.1), которое содержит: антенную решетку 1, преобразователь частоты 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель аналитического непрерывного вейвлет-преобразования 4, устройство формирования частотно-временных окон 5, преобразователь трехмерной матрицы в двумерную 6, вычислитель свертки 7, устройство фазирования 8, блок сравнения 9, измеритель пеленга и идентичности АФР радиосигнала 10, блок энергетического обнаружения 11, предварительное решающее устройство 12, устройство определения количества принятых радиосигналов и управления 13.

Антенная решетка 1 содержит N антенн (не менее трех) с номерами от 0 до N-1. Апертура антенной решетки может быть произвольной пространственной конфигурации. В качестве антенн решетки могут быть использованы, например, спиральные антенны. Антенны имеют вход радиосигнала и выход СВЧ-сигнала.

Преобразователь частоты 2 выполнен с общим гетеродином и с широкой полосой пропускания каждого канала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов, что является основным условием интерферометрической регистрации сигналов передатчика. Преобразователь имеет N входов СВЧ-сигналов, N выходов сигналов промежуточной частоты и один вход управляющего сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 выполнен по известной схеме АЦП и имеет N входов сигналов промежуточной частоты и N выходов цифровых сигналов.

Вычислитель вейвлет-преобразования 4 содержит N процессоров непрерывного вейвлет-преобразования, что обеспечивает одновременное вычисление комплексных трехмерных спектров радиосигналов, принятых каждой из N антенн решетки, и тем самым - максимальное быстродействие. Вычислитель 4 имеет N входов цифровых сигналов и один выход цифрового сигнала матрицы комплексных вейвлет-спектров.

Устройство разбиения вейвлет-спектра на частотно-временные окна 5 формирует оконные матрицы вейвлет-отсчетов, количество строк и столбцов в которых определяется по заданным априорным данным об обнаруживаемых сигналах (их минимальной длительности и ширины спектра). Устройство 5 имеет вход цифрового сигнала матрицы комплексных вейвлет-спектров, вход сигнала управления и выход цифрового сигнала трехмерной матрицы оконного комплексного вейвлет-преобразования.

Преобразователь 6 осуществляет преобразование полученной в устройстве 5 трехмерной матрицы оконного спектра в двумерную матрицу и имеет вход цифрового сигнала трехмерной матрицы оконного комплексного вейвлет-преобразования и выход цифрового сигнала двумерной матрицы оконного комплексного вейвлет-преобразования.

Вычислитель 7 и устройство 8, так же, как и устройства 4, 5, 6, реализованы по многопроцессорной схеме. При этом вычислитель 7 содержит N процессоров, каждый из которых реализует свертку спектров радиосигнала, принятого отдельной антенной решеткой, а устройство 8 включает К=mamb процессоров, каждый из которых реализует алгоритм формирования луча частотно-временной позиции отдельной составляющей оконного спектра. Многопроцессорные варианты реализации вычислителя 7 и устройства 8 обеспечивают повышение быстродействия соответственно в N и К раз по сравнению с однопроцессорным вариантом.

Вычислитель свертки 7 имеет вход цифрового сигнала двумерной матрицы оконного комплексного вейвлет-преобразования, вход управляющего сигнала от устройства фазирования 8, выход цифрового сигнала энергии уточненного нормированного АФР радиосигнала и выход цифрового сигнала вектора нормированного АФР радиосигнала.

Устройство фазирования 8 имеет вход цифрового сигнала двумерной матрицы оконного комплексного вейвлет-преобразования, вход цифрового сигнала вектора нормированного АФР радиосигнала, выход цифрового сигнала вектора уточненного нормированного спектра радиосигнала и выход цифрового сигнала энергии уточненного нормированного спектра.

Блок сравнения 9 может быть выполнен на базе цифрового процессора и имеет вход цифрового сигнала энергии уточненного нормированного АФР радиосигнала, вход цифрового сигнала энергии уточненного нормированного спектра и один выход бинарного цифрового сигнала.

Измеритель пеленга и идентичности АФР радиосигнала 10 может быть выполнен на базе цифрового процессора и имеет вход бинарного сигнала, вход цифрового сигнала вектора нормированного АФР радиосигнала и выход цифрового сигнала вектора значений пеленга и его достоверности.

Блок энергетического обнаружения 11 может быть выполнен на базе цифрового процессора и имеет вход бинарного сигнала, вход цифрового сигнала вектора уточненного нормированного спектра радиосигнала и один выход бинарного цифрового сигнала.

Предварительное решающее устройство 12 может быть выполнено на базе цифрового процессора и имеет вход цифрового сигнала вектора значений пеленга и его достоверности, вход бинарного цифрового сигнала, выход сигнала управления и выход цифрового сигнала предварительного решения об обнаружении-пеленговании радиосигнала источника и его достоверности в каждом частотно-временном окне.

Устройство определения количества принятых радиосигналов и управления 13 может быть выполнено на базе цифрового процессора и имеет вход цифрового сигнала предварительного решения об обнаружении-пеленговании радиосигнала источника и его достоверности в каждом частотно-временном окне и имеет выход управляющего сигнала перестройки на следующую частоту и выход цифрового сигнала матрицы частотно-временного распределения обнаруженных сигналов, их пеленгов и достоверности обнаружения-пеленгования, который является выходом обнаружителя-пеленгатора.

Блоки 9, 11, измеритель 10, устройства 12 и 13 могут быть реализованы на базе цифрового процессора.

N выходов антенной решетки 1 соединены с соответствующими N входами преобразователя частоты 2, а его N выходов соединены с соответствующими входами АЦП 3, N выходов которого соединены с соответствующими N входами вычислителя аналитического НВП 4. Выход вычислителя аналитического ВВП 4 соединен с входом устройства формирования ЧВО 5, выход которого соединен с входом преобразователя трехмерной матрицы в двухмерную матрицу 6.

Выход преобразователя трехмерной матрицы в двухмерную матрицу 6 соединен с первым входом вычислителя свертки 7 и со вторым входом устройства фазирования 8, первый выход которого соединен с первым входом блока сравнения 9, а второй выход устройства 8 соединен со вторым входом вычислителя свертки 7 и со вторым входом блока энергетического обнаружения 11.

Первый выход вычислителя свертки 7 соединен с первым входом устройства фазирования 8 и первым входом измерителя пеленга и идентичности АФР радиосигнала 10. Второй выход вычислителя свертки 7 соединен со вторым входом блока сравнения 9.

Выход блока сравнения 9 соединен со вторым входом измерителя пеленга и идентичности АФР 10 и с первым входом блока энергетического обнаружения 11.

Выход измерителя пеленга и идентичности АФР 10 соединен с первым входом предварительного решающего устройства 12, а выход блока энергетического обнаружения 11 соединен со вторым входом решающего устройства 12, первый выход которого соединен с входом устройства определения количества сигналов и управления 13. Второй выход устройства 12 соединен с управляющим входом устройства формирования частотно-временных окон 5.

Второй выход устройства 13 соединен с управляющим входом преобразователя частоты 2, а его первый выход является выходом обнаружителя-пеленгатора.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу от устройства 13 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту приема. Радиосигналы источника излучения, зависящие от времени, принимаются антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом решетки 1 зависящий от времени t СВЧ-сигнал источника xn(t) переносится на более низкую частоту в преобразователе 2.

Сформированный в преобразователе 2 ансамбль радиосигналов xn(t) синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов xn(z). Цифровые сигналы xn(z) регистрируются на заданном временном интервале длительностью в М отсчетов в вычислителе 4.

В вычислителе 4 определяется комплексный частотно-временной спектр радиосигнала каждой антенны с применением алгоритма вейвлет-преобразования, например, по комплексному вейвлету Морле , где - оператор непрерывного вейвлет-преобразования по вейвлету Морле с центральной частотой и эффективной длительностью вейвлета, равными 1; f=Fc/a, где Fc - центральная частота материнского вейвлета, а - параметр растяжения вейвлета; b - параметр сдвига вейвлета во времени.

В результате данной операции формируется матрица комплексных частотно-временных спектров принятого радиосигнала с АЭ размером N×M/2×М с элементами . После этого сформированная матрица спектров принятого радиосигнала запоминается в вычислителе 4 и поступает на вход устройства 5.

В устройстве 5 осуществляется разбиение матрицы спектров принятого радиосигнала на матрицы размером N×ma×mb, где j - номер окна по порядку, ma и mb - размеры окна в частотной и временной области, определяемые по априорным данным о минимальной длительности и ширине спектров обнаруживаемых радиосигналов. После этого матрицы запоминаются и по управляющим сигналам от устройства 12 последовательно поступают на вход устройства 6.

В устройстве 6 осуществляется преобразование каждой трехмерной оконной матрицы размером N×ma×mb в двумерную матрицу размером N×(mc=ma·mb) для упрощения последующих операций. После этого сформированные матрицы запоминаются и поступают на вход вычислителя 7.

В вычислителе 7 на каждой i-й итерации выполняются следующие действия:

1. Вычисляется свертка оконных спектров принятого радиосигнала и реконструированного на предыдущей итерации оконного спектра сигнала для уточнения АФР . Уточненный сигнал АФР описывает распределение комплексных амплитуд радиосигналов, принятых отдельными антеннами, и математически представляет собой вектор-столбец с элементами . Сигнал представляет собой элемент оконного спектра выходного радиосигнала решетки с координатами с, полученный на (i-1)-й итерации в устройстве 8. В качестве начального приближения спектра сигнала используется комплексно-сопряженный спектр радиосигнала опорной антенны , запомненный в вычислителе 4. Таким образом, при i=1 имеем при i=2 находим и т.д.

2. Вычисляется энергия уточненного АФР радиосигнала .

3. Нормируется уточненное АФР радиосигнала . Нормированное АФР поступает в устройство 8 и измеритель 10, а энергия уточненного АФР поступает в блок сравнения 9, где запоминаются.

В устройстве 8 на каждой i-й итерации выполняются следующие действия:

1. Уточняется комплексный оконный спектр радиосигнала на выходе решетки . Для этого каждая спектральная составляющая принятого и запомненного в устройстве 6 сигнала преобразуется по алгоритму формирования луча с использованием в качестве фазирующей матрицы реконструированного в вычислителе 7 на текущей итерации нормированного АФР . В результате формируется комплексный частотно-временной спектр радиосигнала на выходе решетки в виде вектор-столбца с элементами , которые представляют собой отдельные спектральные компоненты выходного радиосигнала решетки, вычисляемые по формуле .

2. Вычисляется энергия уточненного спектра радиосигнала .

3. Нормируется уточненный спектр радиосигнала . После этого уточненный оконный спектр радиосигнала поступает в вычислитель 7 и блок 11, а энергия уточненного спектра радиосигнала поступает в блок сравнения 9, где запоминаются.

В блоке сравнения 9 производится проверка совпадения энергий уточненного спектра радиосигнала и АФР , где ε - малое число. Если указанное условие выполняется, то формируется сигнал прекращения итерационного процесса, который поступает в измеритель 10 и блок 11.

По сигналу прекращения итерационного процесса в измерителе 10 полученное на текущей итерации АФР , поступившее из вычислителя 7, фиксируется как реконструированное значение АФР , а в блоке 11 полученный на текущей итерации комплексный спектр выходного радиосигнала решетки , поступивший из устройства 8, выбирается в качестве реконструированного значения комплексного спектра выходного радиосигнала решетки .

В блоке 10 выполняются следующие действия:

1. Из восстановленного АФР радиосигналов определяется двумерный комплексный угловой спектр с помощью известного алгоритма формирования луча либо с помощью алгоритмов, обеспечивающих повышенную разрешающую способность. По максимуму полученного углового спектра определяется азимутально-угломестный пеленг принятого радиосигнала.

2. Формируется АФР радиосигнала модельного волнового фронта, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу, в виде , где - модельные комплексные амплитуды плоского волнового фронта радиосигнала; k - волновое число; rn, αn, zn - цилиндрические координаты n-го антенного элемента; α0 и β0 - найденные азимутальный и угломестный пеленги.

3. Сформированное АФР радиосигнала модельного волнового фронта сравнивается с реконструированным АФР радиосигнала , описывающим фактически принятый волновой фронт радиосигнала, по следующей формуле: .

При наличии совпадения АФР радиосигнала модельного и АФР фактически принятого фронта радиосигнала с заданной точностью, т.е. при выполнении условия W≤W0, где W0 - пороговое значение, формируется соответствующий цифровой сигнал, который поступает на первый вход предварительного решающего устройства 12. Значение порога W0 выбирается исходя из минимизации вероятности ложной тревоги. В блоке 11 после фиксации реконструированного значения комплексного спектра выходного радиосигнала решетки выполняются следующие действия:

1. Вычисляются отсчеты спектра мощности реконструированного комплексного спектра выходного радиосигнала решетки .

2. Сравниваются отсчеты полученного спектра мощности с порогом, и при превышении порога формируется соответствующий цифровой сигнал, который поступает на второй вход предварительного решающего устройства 12. Значение порога выбирается исходя из минимизации вероятности ложных тревог.

В устройстве 12 при наличии на первом и втором входах цифровых сигналов, поступивших от измерителя 10 и блока 11 и соответствующих тому, что отсчеты спектра мощности превысили порог, а АФР модельного радиосигнала и АФР фактически принятого фронтов радиосигналов совпали с заданной точностью, принимается решение об обнаружении радиосигнала и о достоверности его обнаружения-пеленгования в пределах частотно-временного окна. Устройство 12 формирует сигнал о синтезе следующего (j+1)-го оконного спектра в устройстве 5 и описанные операции повторяются для всех остальных частотно-временных окон. После этого данные об обнаруженных радиосигналах и их пеленгах для каждого окна запоминаются и поступают на вход устройства 13.

В устройстве 13 осуществляется последовательная привязка обнаруженных в частотно-временных окнах радиосигналов к источникам. При этом если в соседних частотно-временных окнах на предыдущих этапах принято решение об обнаружении радиосигнала и их пеленги совпадают с заданной точностью, принимается решение о том, что в этих окнах присутствует радиосигнал от одного источника. После проведения процедуры привязки определяются длительность и ширина спектра последних по параметрам окон, в которых они присутствуют. В результате формируется окончательное решение об обнаружении радиосигнала, определяются усредненные пеленги по окнам, принадлежащим одному радиосигналу, и определяются длительность и ширина спектра радиосигналов, которое в виде цифрового сигнала поступает на выход обнаружителя-пеленгатора. Затем устройство 13 формирует управляющий цифровой сигнал перестройки на очередную частоту, и все описанные операции повторяются.

Таким образом, способ компьютерно-интерферометрического обнаружения-пеленгования сигналов обеспечивает повышение эффективности обнаружения-пеленгования источников, излучающих широкий класс радиосигналов, обладающих как временной, так и энергетической скрытностью, за счет решения проблемы «коротких радиосигналов», когда длительность обнаруживаемого сигнала меньше длительности анализируемой выборки, что приближает качество согласованной фильтрации при низких отношениях сигнал/шум к предельно достижимому качеству для случая полностью известного «короткого радиосигнала».

Предложенный способ превосходит способ-прототип по предельной чувствительности при обнаружении-пеленговании радиосигналов, длительность которых меньше длительности анализируемой его цифровой реализации. Причем превосходство тем выше, чем больше временная рассогласованность между радиосигналом передатчика и анализируемой выборкой. Это обуславливается тем, что предельная чувствительность способа-прототипа достигается лишь в условии присутствия радиосигнала передатчика на протяжении всей анализируемой выборки, а при увеличении временной рассогласованности чувствительность резко уменьшается за счет участия при вычислении выходного радиосигнала антенной решетки шумовых участков выборки.

Отличительные признаки изобретения

В качестве преобразования цифровых сигналов в комплексные частотно-временные спектры сигнала каждой антенны применяется комплексное вейвлет-преобразование по вейвлету Морле. Полученные комплексные вейвлет-спектры разбиваются на частотно-временные оконные спектры меньшего размера, зависящего от априорных данных о минимальных длительностях обнаруживаемых радиосигналов и ширины их спектров. Процедура итерационного восстановления АФР радиосигнала и комплексного спектра выходного сигнала решетки, определения пеленга и энергетического обнаружения выполняется для каждого оконного спектра в отдельности. Осуществляется привязка обнаруженных в оконных спектрах радиосигналов с одинаковыми пеленгами к одному источнику. Усредняются значения пеленга для одного источника из различных частотно-временных окон. Принимается окончательное решение об обнаружении радиосигналов в анализируемой выборке, их количестве, количестве источников по пеленгам, длительности и ширине спектра радиосигналов.

Источники информации

1. RU, патент 2158002, кл. 7 G01S 3/14, 5/04, 2000 г.

2. RU, патент 2291456, кл. G01S 5/02, 11/02, 2006 г.

Способ компьютерно-интерферометрического обнаружения-пеленгования радиосигналов с расширенным спектром, включающий когерентный прием радиосигнала антенной решеткой в заданной полосе частот, синхронное преобразование ансамбля принятых антеннами сигналов в цифровые сигналы и их синхронную регистрацию на заданном интервале времени, преобразование цифровых сигналов в комплексные частотно-временные спектры сигнала каждой антенны, запоминание матрицы спектров преобразованных сигналов, итерационную процедуру реконструкции амплитудно-фазового распределения (АФР) радиосигнала и спектра выходного радиосигнала решетки путем свертки спектров принятого и реконструированного на предыдущей итерации радиосигналов для уточнения АФР радиосигнала, нормирование уточненного АФР радиосигнала и его запоминание, уточнение спектра выходного радиосигнала решетки преобразованием каждой спектральной составляющей принятого преобразованного радиосигнала с использованием в качестве фазирующего вектора реконструированного на предыдущей итерации нормированного АФР радиосигнала, вычисление энергии уточненного спектра радиосигнала, нормирование уточненного спектра радиосигнала и его запоминание, проверку совпадения энергий уточненного спектра радиосигнала и его АФР для прекращения итерационного процесса и выбора реконструированных значений АФР радиосигнала и комплексного спектра выходного сигнала решетки, преобразование реконструированного АФР радиосигнала в двумерный комплексный угловой спектр, по максимумам модуля которого находят азимутально-угломестный пеленг принятого радиосигнала, обнаружение сигнала путем вычисления спектра мощности реконструированного комплексного спектра выходного радиосигнала решетки и сравнение полученного спектра мощности с порогом, формирование АФР радиосигнала модельного волнового фронта, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу, и его сравнение с реконструированным АФР радиосигнала, описывающим фактически принятый волновой фронт радиосигнала, отличающийся тем, что в качестве преобразования цифровых сигналов в комплексные частотно-временные спектры сигнала каждой антенны применяется комплексное вейвлет-преобразование по вейвлету Морле разбиением полученных вейвлет-спектров на частотно-временные оконные спектры меньшего размера, зависящего от априорных данных о минимальных длительностях обнаруживаемых радиосигналов и ширины их спектров, выполнением процедуры итерационного восстановления АФР радиосигнала и комплексного спектра выходного радиосигнала решетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для повышения эффективности работы систем наблюдения за космической обстановкой.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано в средствах радиомониторинга и пеленгования. .

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокаторах поиска и слежения. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах. .

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для определения пеленга на локационный объект, являющийся источником радиоизлучения (ИРИ) или отражения радиоволн, одновременно в двух плоскостях - по азимуту и углу места.

Изобретение относится к области радионавигации, а именно к определению местоположения подвижного объекта

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано для совмещенного поиска и пеленгования по угловым координатам с высокой точностью множества работающих передатчиков, одновременно попадающих в текущую полосу приема

Изобретения предназначены для определения пеленга и угла места источника априорно неизвестного сигнала. Достигаемый технический результат - сокращение временных затрат на оценивание пространственных параметров сигналов - азимута и угла места. Сущность заявляемого способа заключается в последовательном синхронном преобразовании высокочастотных сигналов одновременно со всех N антенных элементов (АЭ) в цифровую форму, одновременном измерении в каждом частотном поддиапазоне на совпадающих интервалах времени комплексных спектров пар сигналов для всех используемых в обработке N·(N-1)/2 пар АЭ, определении свертки комплексно-сопряженых спектров, одновременном получении разности фаз радиосигналов Δφ1,h,изм(fν) для всех N·(N-1)/2 пар АЭ и каждого частотного поддиапазона путем преобразования Фурье, формировании и запоминании эталонных разностей фаз сигналов для всех возможных направлений прихода радиосигнала, вычислении значения функции дисперсии невязок разности фаз по всем угловым параметрам, формировании для каждой используемой пары АЭ на основе значений Δφ1,h,изм(fν) конечного семейства конусов возможных направлений на источник и набора непересекающихся окружностей направлений, запоминании точек пересечения окружностей направлений от разных пар АЭ, определении значений функции дисперсии невязок разностей фаз F(fν) для точек пересечения окружностей направлений и минимальной среди них minH(fν), локальной оптимизации minH(fν) путем сравнения с ближайшими к ней значениями H(fν), определении наиболее вероятного направления прихода радиосигнала по наименьшему значению minH(fν)опт. В пеленгаторе, реализующем способ, дополнительно введены блок формирования конусов и окружностей направлений, блок определения точек пересечения окружностей направлений и блок поиска глобального экстремума, соединенные определенным образом между собой и остальными элементами заявленного пеленгатора. 2 н.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретения относятся к области радиотехники и могут быть использованы для определения местоположения объектов угломерно-дальномерным способом с летно-подъемного средства (ЛПС). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат объектов. Технический результат достигается благодаря более точному измерению вектора направления на объект V П i j →   в системе координат видеокамеры, уменьшению случайных ошибок оценивания за счет многократного определения координат объектов по серии кадров, а также благодаря учету особенностей рельефа местности в районе измерений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области пеленгации, и может быть использовано для пеленгации (измерения азимутов) и измерения углов места ионосферных сигналов в условиях приема как одного, так и двух лучей в широком частотном диапазоне. Достигаемый технический результат - сокращение времени определения угловых параметров двулучевого ионосферного сигнала. Указанный результат достигается тем, что формируется новая антенная система с минимальной базой. По максимальному значению двумерной диаграммы направленности U ( α y ' , β y ' ) антенной системы с минимальной базой оценивается устойчивое однолучевое, в условиях приема двух лучей, значение азимута α y ' и угла места β y ' . это решение далее уточняется двулучевым решением U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' ) в пределах ограниченной четырехмерной площадки α 1 ' = α y ' ± 10   г р а д у с о в , α 2 ' = α y ' ± 10   г р а д у с о в , β 1 ' = β y ' ± 10   г р а д у с о в , β 2 ' = β y ' ± 10   г р а д у с о в . Двумерная диаграмма направленности U ( α y ' , β y ' ) формируется по определенному вычислительному выражению. Областью определения устойчивого однолучевого решения α y ' , β y ' является интервал азимутов 0÷360 градусов и интервал углов места 0÷90 градусов. Устойчивость оценок азимута и угла места и широкий частотный диапазон обеспечиваются использованием при формировании двумерной диаграммы направленности антенной системы разности фаз двух соседних вибраторов ψn+1-Ψn. 10 ил.

Группа изобретений может быть использована для определения пространственных параметров радиоизлучений. Достигаемым техническим результатом является разработка малогабаритных амплитудных радиопеленгаторов (AP) при сохранении в значительной степени их высоких точностных характеристик. Технический результат достигается благодаря учету информации о поле сигнала в пространственно разнесенных точках. Первый (двухканальный) вариант реализации AP содержит последовательно соединенные восьмиэлементную антенную систему (AC), антенный коммутатор, двухканальное радиоприемное устройство (РПУ), двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй вычислители, сумматор, блок поиска максимума, третий вычислитель, блок усреднения, блок индикации и тактовый генератор с соответствующими связями. Второй (восьмиканальный) вариант реализации AP содержит последовательно соединенные восьмиэлементную AC, восьмиканальное РПУ, восьмиканальное АЦП, первый вычислитель, сумматор, блок поиска максимума, второй вычислитель, блок усреднения, блок индикации и тактовый генератор с соответствующими связями. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., Приложение.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый технический результат - увеличение помехоустойчивости устройства. Указанный результат достигается тем, что устройство содержит магнитную первую и вторую антенны, размещенные взаимно перпендикулярно, восемь усилителей, три фильтра, три квадратора, сумматор, третью антенну, пять пороговых блоков, персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ или микропроцессор), блок системы единого времени (GPS или Глонасс), блок связи с абонентами, схему ИЛИ, таймер, две схемы И, счетчик, четыре цифроаналоговых преобразователя, три калибратора, формирователь, тактовый генератор, пять аналого-цифровых преобразователей. Все перечисленные средства определенным образом соединены между собой, при этом третья антенна выполнена магнитной и размещена перпендикулярно первой и второй антеннам, пороговые блоки выполнены с управлением по порогу, фильтры выполнены с управлением по полосе пропускания, усилители выполнены с управлением по полосе фазе и чувствительности, таймер выполнен с управлением по длительности выходного сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенным системам с электронным управлением лучом и применением кольцевых цифровых фазированных антенных решеток (ЦФАР) в мобильных и стационарных средствах связи. Способ формирования диаграммы направленности двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетки включает: цифровую обработку СВЧ сигнала, формирование управляющих сигналов в соответствии с данными о требуемой ДН и передачу излучателям возбуждающих сигналов с амплитудно-фазовым распределением, определенным в соответствии с выбранным критерием, амплитуды Аnm и фазы φnm возбуждающих сигналов определяют, минимизируя функцию F среднеквадратического отклонения формируемой диаграммы направленности R(φ) от заданного распределения Е(φ) поля излучения антенной решетки, характеризующегося наименьшим уровнем боковых лепестков при данной ширине основного лепестка, при этом величина амплитуды Аnm не превышает 1. Техническим результатом является формирование диаграммы направленности с требуемым уровнем боковых лепестков. 3 ил.
Наверх