Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн



Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн
Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн
Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн
Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн
Способ повышения точности оценки разности моментов приема радиосигналов за счет использования особенностей канала распространения радиоволн

 


Владельцы патента RU 2518015:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке систем для определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), а также в пассивной радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение точности оценки разности моментов приема сигналов источника радиоизлучения, в двух разнесенных приемных пунктах. Указанный результат достигается за счет того, что в заявленном способе осуществляют прием сигнала в двух разнесенных приемных пунктах, оцифровку напряжения с выхода антенны, обнаружение сигнала, в каждом приемном пункте, оценку разности моментов приема, включающем оценку задержки отраженного сигнала относительно прямого в каждом приемном пункте, оценку разности моментов приема отраженных сигналов, вычисление разности моментов приема прямых сигналов как суммы задержки между прямым и отраженным сигналом в первом приемном пункте и задержки между отраженными сигналами в первом и во втором приемном пункте, минус задержка между прямым и отраженным сигналом во втором приемном пункте. 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке систем для определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), а также в пассивной радиолокации.

Известен способ оценки разности моментов приема сигналов, приведенный в описании изобретения под названием "Способ оценки точности определения местоположения источника радиоизлучения пассивной разностно-дальномерной системой" [1]. В этом способе оценку разности моментов приема радиосигнала от источника радиоизлучения (ИРИ) в двух разнесенных приемных пунктах, проводят корреляционным методом, реализуемом при помощи двухканального коррелятора, путем нахождения максимума взаимной корреляционной функции.

Недостатком этого способа является низкая точность определения разности моментов приема сигналов при распространении в многолучевом канале, а также при низком уровне прямого сигнала.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ оценки разности моментов приема радиосигналов, приведенный в описании изобретения под названием: "Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор" [2]. Способ-прототип осуществляют следующим образом. Сигнал источника радиоизлучения поступает в антенны двух разнесенных приемных пунктов, напряжение с выхода антенны оцифровывается, производится обнаружение сигнала, далее производится оценка разности моментов приема сигналов в двух разнесенных приемных пунктах путем нахождения максимума взаимокорреляционной функции между сигналами принятыми в первом и втором приемном пункте. Точность оценки разности моментов приема сигнала зависит от мощности прямого сигнала на входе приемника, а также влияния многолучевого канала распространения радиоволн. При низкой мощности прямого сигнала, точность оценки снижается. Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения разности моментов приема сигналов при распространении в многолучевом канале, а также при низкой мощности прямого сигнала на входе приемника.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, повышение точности оценки разности моментов приема сигналов ИРИ, в двух разнесенных приемных пунктах. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе оценки разности моментов приема радиосигналов, включающем прием сигналов в двух разнесенных приемных пунктах, оцифровку напряжения с выхода антенны, обнаружение сигнала в каждом приемном пункте, определение разности моментов приема радиосигналов, отличающемся тем, что принимают прямые и отраженные сигналы, при этом ИРИ и отражатели имеют разные угловые положения относительно приемных пунктов, а приемные пункты используют антенны с узкой диаграммой направленности, что при каждом угловом положении антенны обеспечивает прием лишь одного сигнала - либо прямого, либо отраженного, в каждом приемном пункте регистрируется прямой и отраженные сигналы, разрешенные по углу прихода, при этом используют те отраженные сигналы, уровень которых выше или сравним с уровнем прямого сигнала, затем определяют задержки между прямым и одним из отраженных сигналов в каждом приемном пункте, определяют взаимную задержку между отраженными сигналами в двух пунктах приема, вычисляют разности моментов приема прямых сигналов как сумму задержки между прямым и отраженным сигналами в первом и во втором приемных пунктах, минус задержка между прямым и отраженным сигналом во втором приемном пункте, причем разность моментов приема прямых сигналов определяется точностью до одного временного дискрета, определяемого частотой дискретизации аналого-цифрового преобразователя в приемных пунктах.

Функциональная схема предлагаемого способа приведена на фиг.1, на которой обозначено: 1 - прием сигналов, 2 - аналого-цифровое преобразование сигналов с выхода антенн в первом и во втором приемном пунктах, 3 - обнаружение сигналов, 4 - оценка задержки отраженного сигнала относительно прямого в каждом приемном пункте, 5 - оценка разности моментов приема отраженных сигналов в первом и втором приемных пунктах, 6 - расчет разницы моментов прихода прямых сигналов в двух разнесенных приемных пунктах.

Подробное описание способа

Основой способа является предположение о том, что источник радиоизлучения и отражатели имеют разные угловые положения относительно приемного пункта, и, следовательно, прямой и отраженные сигналы могут быть разрешены по углу прихода. Необходимым условием разрешения сигналов является достаточно узкая диаграмма направленности (ДН) антенны в приемном пункте и возможность сканирования заданного сектора обзора. Фазированные антенны решетки удовлетворяют этим условиям, поскольку при использовании большого количества антенных элементов формируется достаточно узкая ДН (единицы градусов), а введение соответствующих фазовых сдвигов в каждый элемент решетки обеспечит электронное управление положением максимума диаграммы направленности антенной системы. Учитывая изложенные допущения, предполагаем, что при каждом угловом положении антенная система обеспечивает прием лишь одного сигнала (либо прямого, либо отраженного). Таким образом, в каждом приемном пункте регистрируется прямой и отраженные сигналы, разрешенные по углу прихода. Геометрия модели представлена на фиг.2, на которой обозначено: 1, 2 - первый и второй приемные пункты, 3 - источник радиоизлучения, 4, 5, 6 - отражатели.

Поскольку сигналы разрешены по углу прихода, разность МП прихода можно оценить по положению максимума ВКФ двух прямых сигналов [3]:

где Т - длительность записи сигнала; s1пр(t), s2пр(t) - нормированные по средней мощности прямые сигналы ИРИ, принятые в первом и втором пунктах соответственно.

Довольно часто имеет место следующая ситуация: в приемных пунктах регистрируется прямой сигнал, излученный по боковому лепестку ДН антенны ИРИ, а излучение по главному лепестку направлено в сторону отражающих объектов (фиг.2). Согласно исследованиям [3, 4], точность оценки разности МП повышается при увеличении отношения сигнал/шум, поэтому для повышения точности результирующей оценки Δ φ * предлагается использовать те отраженные сигналы, уровень которых выше или сравним с уровнем прямого сигнала. Математические модели каналов распространения сигналов в современных системах связи предполагают наличие до 15..20 отраженных сигналов, причем при принятых допущениях (фиг.2) можно полагать, что уровень отраженных сигналов будет выше уровня прямого сигнала [5].

Разность моментов прихода оценивается следующим образом: в каждом пункте системы вычисляются задержки между прямым и одним из отраженных сигналов максимальной амплитуды, обозначим эти задержки как t_1 и t_2. Затем рассчитывается взаимная задержка между отраженными сигналами в двух разнесенных пунктах системы, обозначим как t_12. Для оценки величин t_1, t_2 и t_12, также используется взаимная корреляционная обработка. Искомая разность моментов приема прямых сигналов может быть рассчитана следующим образом:

Δ ϕ * = t _ 1 + t _ 12 t _ 2

На фиг.3 приведены сигналы, зарегистрированные в первом и во втором приемном пункте.

Для проверки работоспособности предложенного метода мы провели математическое моделирование в среде MATLAB. Цель моделирования - получить статистические характеристики разностей моментов прихода для случая приема сигналов от ИРИ двумя пространственно-разнесенными приемными пунктами системы мониторинга.

Исходные параметры для моделирования: сигнал от ИРИ - OFDM, Δf=10 кГц, S=1024; задержка отраженного сигнала задается произвольным образом; количество реализаций для усреднения - 5000.

Определить оценку разности МП Δ φ * по формуле (1) можно лишь с точностью до одного временного дискрета, определяемого частотой дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в приемных пунктах. Для обеспечения временного разрешения внутри дискрета и повышения точности оценки Δ φ * применена сплайн-интерполяция по пяти точкам [6].

На фиг.4 приведешь зависимости СКО результирующих оценок Δ φ р е з * от отношения энергии отраженного сигнала к энергии прямого сигнала.

По результатам, приведенным на фиг.4. видно, что весовое суммирование оценок Δ φ * , вычисленных по различным отраженным сигналам, позволяет увеличить точность результирующей оценки.

Повышение точности оценки разносит моментов приема прямых сигналов, при низком уровне прямого сигнала, в двух разнесенных приемных пунктах в предлагаемом способе, достигается за счет использования отраженных сигналов, которые можно выделить по углу прихода, и может достигать 30% по сравнению с способом прототипом.

1. Пат. РФ №2367972, МПК G01S 5/06. Способ оценки точности определения местоположения источника радиоизлучения пассивной разностно-дальномерной системой. Опубл. 20.09.2009.

2. Пaт. РФ №2382378, МПК G01S 3/46. Разнесенный разностно-дальномерный пеленгатор. Опубл. 20.02.2010.

3. Громов В.А. Оценка разности моментов прихода сигнала группировкой пространственно-разнесенных малых космических аппаратов / В.А. Громов,

Е.П. Ворошилин, М.В. Миронов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (Томск). - Томск: Издательство «В-Спектр». 2010. - №2(22), часть 2. - С.7-13.

4. Повышение точности определения координат разностно-дальномерным методом с использованием группировки низкоорбитальных малых космических аппаратов / В.А. Громов, Е.П. Ворошилин, М.В. Миронов, Г.С. Шарыгин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (Томск). - Томск: Издательство «В-Спектр». - 2010. - №2(22), часть 2. - С.14-16.

5. Channel Models: A Tutorial, 2007 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wwwl.cse.wustl.edu/~jain/cse574-08/ftp/channel_model_tutorial.pdf, свободный (дата обращения: 10.02.2012).

6. Айфичер Э.С. Цифровая обработка сигналов: практический подход / Э.С.Айфичер, Б.У.Джервис. - М.: Вильямс, 2004. - 992 с.

Способ определения разности моментов приема радиосигналов источника радиоизлучения (ИРИ), включающий прием сигналов в двух разнесенных приемных пунктах, оцифровку напряжения с выхода антенны, обнаружение сигнала в каждом приемном пункте, определение разности моментов приема радиосигналов, отличающийся тем, что принимают прямые и отраженные сигналы, при этом ИРИ и отражатели имеют разные угловые положения относительно приемных пунктов, а приемные пункты используют антенны с узкой диаграммой направленности, что при каждом угловом положении антенны обеспечивает прием лишь одного сигнала либо прямого, либо отраженного, в каждом приемном пункте регистрируется прямой и отраженные сигналы, разрешенные по углу прихода, при этом используют те отраженные сигналы, уровень которых выше или сравним с уровнем прямого сигнала, затем определяют задержки между прямым и одним из отраженных сигналов в каждом приемном пункте, определяют взаимную задержку между отраженными сигналами в двух пунктах приема, вычисляют разности моментов приема прямых сигналов как сумму задержки между прямым и отраженным сигналами в первом и во втором приемных пунктах, минус задержка между прямым и отраженным сигналом во втором приемном пункте, причем разность моментов приема прямых сигналов определяется точностью до одного временного дискрета, определяемого частотой дискретизации аналого-цифрового преобразователя в приемных пунктах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области пеленгации. Достигаемый технический результат - расширение возможностей пеленгации, сокращение времени расчета угловых параметров многолучевого ионосферного сигнала.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в радионавигационных системах для измерения угловых координат подвижных объектов как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях относительно задаваемого наземным радиомаяком направления.

Использование: в устройстве для обнаружения сигналов и определения направления на их источник. Сущность: устройство для обнаружения сигналов и определения направления на их источник содержит выполненную определенным образом дискретную антенную решетку (ДАР), включающую N ненаправленных пассивных и М активно-пассивных электроакустических преобразователей, соответствующие им I каналы передачи информации, блок управления характеристикой направленности, блок вычисления относительных координат элементов ДАР, пороговое устройство, вычислитель порога принятия решения, индикатор, блок управления активно-пассивными элементами ДАР, а также формирователь характеристик направленности с временной задержкой сигналов.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения зондирующих сигналов гидролокаторов, установленных на подвижном носителе.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при решении задач радиопеленгации с помощью переносных (малогабаритных) средств в декаметровом и метровом диапазонах радиоволн.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. .

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

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и пеленгации фазоманипулированных сигналов. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к тепловым выключателям, предназначенным для защиты электронных и электрических приборов от перегрева при неисправностях, позволяет повысить надежность термовыключателя.

Предлагаемое устройство относится к контрольно-поисковым средствам, а именно к устройствам обнаружения местоположения людей, оказавшихся под завалами, образовавшимися в результате стихийного (землетрясения, торнадо, цунами и др.) или иного бедствия, и поиска взрывчатых и наркотических веществ, и может быть использовано при техногенных авариях, природных катастрофах, террористических актах и при предотвращении опасных для населения акций. Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности приема и демодуляции сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления узкополосных помех. Устройство обнаружения людей под завалами и поиска взрывчатых и наркотических веществ содержит одетый на служебную собаку 1 ошейник 2, мобильный первичный преобразователь 3 и вторичный преобразователь 12. Первичный преобразователь 3 содержит тактильные сенсоры 4.1 и 4.2, коммутатор 5, усилитель 6, модулятор 7, радиопередатчик 8, источник 9 питания, световой 10 и звуковой 11 маячки, задающий генератор 18, фазовый манипулятор 19, триггер 17, однополярный вентиль 20, интегратор 21, пороговый блок 22, ключ 23, усилитель 24 мощности и передающую антенну 25. Вторичный преобразователь 12 содержит вибраторную антенну 26, рамочную антенну 27, усилители 28 и 29 высокой частоты, амплитудные детекторы 30 и 31, блок 32 деления, пороговый блок 33, ключ 15, демодуляторы 14 и 44, перемножители 34, 35, 38 и 39, узкополосные фильтры 36 и 40, фильтры 37 и 41 нижних частот, фазоинверторы 42 и 43, блок 45 вычитания и регистратор 16. 7 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться при проектировании и эксплуатации комплексов радиопеленгации или систем радиосвязи портативного, мобильного (бортового) и стационарного базирования. Технический результат - повышение устойчивости функционирования методов оценки напряженности электромагнитного или акустического поля Для этого на каждом элементе антенной решетки записывают интервал на временном интервале [0,Т], производят формирование дискретного спектра напряженности поля с использованием процедуры преобразования Фурье, при этом. для каждой из полученных спектральных компонент находят вектор комплексных амплитуд/вспомогательных источников как приближенное решение матрично-векторного уравнения с использованием процедуры квазирешения. Число вспомогательных источников определяется как число наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы принятых антенной решеткой сигналов, т.е. наибольших и отличающихся от остальных по величине не менее, чем на порядок. Далее определяют значения поля спектральной компоненты в произвольной точке плоскости антенной решетки (формируют «виртуальный» канал приема сигналов) как скалярное произведение найденного вектора комплексных амплитуд вспомогательных источников и соответствующего вектора «виртуального» канала приема сигналов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам управления безопасностью полетов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности систем управления безопасностью полетов. Способ основан на введении в бортовое оборудование воздушных судов системного процессора, который объединен с бортовой системой объективного контроля, бортовой и наземной аппаратурой моноимпульсных вторичных радиолокаторов, работающих в дискретно-адресном режиме и модернизированных до режима «8», радиовещательного автоматического зависимого наблюдения, аппаратурой международной системы спасания терпящих бедствие КОСПАС-САРСАТ, устанавливаемой на навигационных искусственных спутниках Земли Глонасс-К1 и его модификациях. Системный процессор обеспечивает формирование признаков наличия или отсутствия целостности воздушных судов с последующей передачей их экипажу, центрам управления и спасания на основе указанного объединения, что позволяет осуществить в реальном масштабе времени упреждающие, коррективные действия, необходимые для поддержания требуемого уровня безопасности полетов от взлета до посадки, а также оперативное определение местоположения воздушного судна в случае аварийной посадки без использования аварийных бортовых устройств регистрации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый технический результат - возможность частотной и пространственной селекции источников сигналов. Технический результат достигается тем, что устройство для определения направления на источник сигнала, содержит первую магнитную антенну, ориентированную в направлении Север - Юг, вторую магнитную антенну, ориентированную в направлении Запад - Восток, электрическую антенну с круговой диаграммой направленности, шесть усилителей, десять аналого-цифровых преобразователей (АЦП), персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ или микропроцессор), блок системы единого времени (GPS или Глонасс), блок связи с абонентами, четыре смесителя, десять управляемых фильтров, четыре коммутатора, пять цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), четыре калибратора, формирователь, третью магнитную антенну с круговой диаграммой направленности, а также гониометр. Перечисленные средства выполнены и соединены между собой определенным образом. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый техническим результат - возможность частотной и пространственной селекции источников сигналов. Указанный результат достигается тем, что устройство для определения направления на источник сигнала содержит первую магнитную антенну, ориентированную в направлении Север-Юг, первый усилитель, вторую магнитную антенну, ориентированную в направлении Запад-Восток, второй усилитель, последовательно соединенные третью антенну с круговой диаграммой направленности, третий усилитель, а также первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ или микропроцессор), дополнительно содержит блок системы единого времени (GPS или Глонасс), блок связи с абонентами, первый коммутатор, второй коммутатор, первый управляемый фильтр, четвертый АЦП, третий коммутатор, четвертый коммутатор, второй управляемый фильтр, пятый АЦП, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый калибратор, второй ЦАП, второй калибратор, третий ЦАП, третий калибратор, четвертый ЦАП, формирователь, а также третий, четвертый и пятый управляемые фильтры, первый и второй смесители, а также гониометр. Перечисленные средства определенным образом выполнены и соединены между собой. 1 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к юстировочным щитам. Юстировочный щит моделирует прямые и зеркально отраженные от земли радиосигналы, идущие от ракеты и цели на конечном участке наведения. Юстировочный щит находится в дальней зоне антенны радиопеленгатора и содержит лазерный и инфракрасный излучатели. Для имитации сигналов от приемоответчика ракеты и сигналов, отраженных от цели, щит снабжен генератором радиоимпульсов с синтезатором частот. Достигается повышение точности юстировки. 3 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в спутниковых радионавигационных системах и комплексах радиоэлектронного подавления. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности определения наклонной дальности до прямолинейно движущейся цели в отсутствии априорных данных о скорости ее движения. Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что совместно обрабатывают два последовательных во времени измерения пеленгов (углов азимута на цель β1 и β2) и мощностей сигналов Pc1 и Рс2, принимаемых автономной угломерной системой для рассматриваемых моментов измерений t1, t2, учитывая, что базовая точка измерения соответствует геометрическому центру автономной угломерной системы, а линия Ц1ЦN - траектория движения цели - соответствует точкам Ц1 и Ц2 измерения пеленга на цель в моменты времени t1 и t2, предполагая, что цель движется прямолинейно, затем вычисляют величины: производят два последовательных измерения принятой частоты f1, f2 в моменты времени измерений t1, t2 и на основании производимых измерений определяют величины и Δβ21=β2-β1, затем определяют дальность до цели по формуле: R 2 = c T ( 1 − K f 12 ) ( K f 12 Q 21 + 1 ) cos ( Δ β 21 ) − ( Q 21 + K f 12 ) . 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения воздушных судов (объектов) по их радиоизлучениям. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения угла места примерно на порядок с расширением области надежного определения дальности с 30 км до 70-80 км, что упрощает, делает более надежным и безопасным привод воздушного судна на необорудованные аэродромы, буровые площадки. Указанный результат достигается за счет того, что способ включает прием сигналов бортового передатчика с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, располагаемую вблизи и параллельно земной поверхности, определение по принятым антеннами решетки сигналам азимута объекта, измерение комплексных амплитуд принятых сигналов и преобразование измерений в угловой спектр путем умножения на комплексно-сопряженные диаграммы направленности антенн, суммирования результатов умножения по совокупности антенн и определения квадрата модуля суммы. Одновременно сигналы принимают с помощью дополнительных антенн, располагаемых на нормали к плоскости решетки из ее центра, угловой спектр нормируют на сумму квадратов модулей диаграмм направленности антенн (ДНА) и определяют угол места объекта, как положение его максимума. При этом ДНА определяют в направлении полученного азимута и с учетом коэффициента отражения радиоволн от земной поверхности. 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многопозиционных радиотехнических системах для определения координат источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - увеличение точности оценки временных задержек принимаемых сигналов ИРИ с одновременным уменьшением количества требуемых вычислений. Способ основан на том, что за счет предварительной обработки сигналов ИРИ после их ретрансляции реализуется однократное вычисление взаимокорреляционных функций для оценки временных задержек при распространении сигналов ИРИ. 1 ил.

Изобретение относится к области гидрофизики, в частности к дистанционному контролю гидрологических процессов взаимодействия ветрового волнения и внутренних волн. Достигаемый технический результат - преобразование текстурных признаков изображения в "шероховатость" пространственного волнения, достаточную для дешифрирования аномальных участков. Способ включает операции получения мезамасштабных картин с помощью радиолокационной станции надводного корабля, адаптации вида обработки к интенсивности и направлению ветрового волнения взаимной корреляционной обработки сигналов в частотной области и выделении характерных частотных составляющих для определения природы аномалии. 3 ил.
Наверх