Способ определения характеристик наложившихся друг на друга радиосигналов одной частоты

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгации при приеме радиосигналов источника радиоизлучения и одновременно отраженных сигналов с использованием антенных систем (АС), состоящих из слабонаправленных элементов (вибраторов). Повышение точности пеленгации достигается за счет использования эффективного способа идентификации параметров АС, состоящего в том, что первоначально с помощью преобразования Фурье определяются амплитуды и разность по времени приходов сигналов, входящих в суммарный сигнал, затем находятся по аналитическому выражению сигналов значения фаз сигналов, по которым составляется система алгебраических уравнений для определения амплитуды, азимутальных и угломестных пеленгов и начальной фазы каждого наложившегося сигнала. 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации.

Уровень техники

Пеленгация источников радиоизлучения (ИРИ) имеет место в процессе мониторинга радиоэлектронной обстановки при распространении радиоволн, сопровождающихся регистрацией наряду с исходным сигналом и отраженных сигналов от различных объектов и слоев атмосферы. Эти сигналы имеют одну частоту и регистрируются в виде суммарного сигнала. Необходимо определить для каждого зарегистрированного на одной частоте сигнала (излучаемого ИРИ и отраженных от различных объектов) азимутальный и угломестный пеленги, амплитуду и начальную фазу. Получаем задачу многосигнальной пеленгации на одной частоте. Особенностью задачи является тот факт, что зарегистрированные сигналы проходят различные расстояния.

Задача радиопеленгации является некорректной. Большинство методов многосигнальной пеленгации на одной частоте, описанных в литературе, опираются на статистические методы проверки гипотез, на метод максимума правдоподобия, сверхразрешающие методы (например, MUSIC) и др. Однако задача пеленгации ИРИ как некорректная задача не может быть решена надежно ни статистическими методами, достоверность результата которых определяется точностью полученных оценок параметров сигналов; ни МНК, в силу нелинейности и плохой обусловленности решаемой системы уравнений; ни сверхразрешающими методами, которые дают приемлемые результаты лишь при высоких соотношениях сигнал/шум и не обеспечивают разрешение ИРИ, имеющих близкие по значениям пеленги.

Все способы пеленгации имеют много общего: радиосигналы источников принимают посредством антенной системы (АС), получают комплексные амплитуды сигналов на выходах элементов антенн (вектор амплитудно-фазового распределения (АФР)) и по этим данным определяют значения параметров сигналов. Отличие состоит в том, по каким алгоритмам обрабатывают зарегистрированные антенной системой сигналы. Работ, в которых успешно решены подобные задачи, немного [1-4].

Известен авторский способ пеленгации с повышенной разрешающей способностью [1], принятый за прототип. Согласно этому способу:

1. Радиосигналы источников принимают посредством линейной антенной системы (АС), состоящей из М элементов.

2. Получают комплексные амплитуды сигналов на выходах антенн (вектор амплитудно-фазового распределения (АФР)). m-й элемент вектора АФР имеет вид y m = k = 1 K u k e x p { j ϕ m ( θ k , β k , ϕ k ) } + n m , где K - количество источников радиосигнала (ИРИ), uk - амплитуда сигнала k-го ИРИ, φmk, βk, φk) - фаза сигнала k-го ИРИ на m-м вибраторе, зависящая от азимутального и угломестного пеленгов k-го ИРИ θk и βk соответственно, и начальной фазы сигнала φk nm - шум, имеющий место на m-м вибраторе, включающий в себя шум мирового фона и аппаратуры.

Дальше решают задачу пеленгации в следующей постановке. В эфире присутствует K ИРИ с азимутальными пеленгами θ=[θ1, θ2 … θK]T, угломестными пеленгами β=[β1, β2 … βK]T и амплитудами (мощностями) излучаемых сигналов u=[u1, u2 … uK]T; y=[y1, y2 … yM]T - сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения, описывающий амплитуды и фазы сигналов, принятых элементами АС, где М - количество элементов АС. Используемый вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.) не имеет принципиального значения.

Для линейной антенной системы с фазовым центром, расположенным на крайнем вибраторе, элементы матрицы имеют A(θ, β, φk, t) вид

где

j - мнимая единица, j = 1 ,

f0 - частота сигналов, излучаемых пеленгуемыми ИРИ,

φk - начальная фаза k-го сигнала,

R - радиус окружности, вдоль которой расположены элементы антенной системы,

λ - длина волны сигналов ИРИ,

d - расстояние между соседними элементами антенной системы,

γi, i=1; 2; …; M - угол между линией отсчета пеленгов и линией, проведенной через центр окружности и i-й элемент антенной системы (для круговой AC),

M - количество элементов в антенной системе. Сводят задачу определения пеленгов к задаче определения показателей суммы экспонент. Данный метод приводит к оценке пеленгов посредством решения алгебраических уравнений (квадратных, кубических, четвертой степени и т.д.) путем введения новых переменных, ξi=1; 2; …; K. Если шаг задания этих переменных будет равномерным, то получим полное алгебраическое уравнение (линейная АС), если шаг для ξi будет неравномерным, то получим неполное алгебраическое уравнение или уравнение с дробными показателями (нелинейная АС). Корни полученного алгебраического уравнения - значения ξi.

Рассмотрим случай, когда в эфире имеют место K источников радиоизлучения (ИРИ). Выход m-го элемента линейной АС имеет вид

где

ui - амплитуда i-го сигнала на m-ом вибраторе.

Введем обозначение ξi=exp(j(2π/λ)dcosθicosβiφi), i=1; 2; …; K. Тогда можно записать следующую систему уравнений

В процессе решения системы (3) определяют ξi, а затем u, θ, β, φ.

Корни ξi полученного полинома можно записать как функции от случайных величин Ci, i=0; 1; …; K-1, и вычислить дисперсии значений корней как для функций случайных аргументов.

Способ-прототип обладает следующими недостатками:

- способ-прототип предназначен для линейных АС; определить с помощью линейных АС угломестный пеленг β нельзя;

- алгоритм прототипа не учитывает временные задержки отраженных сигналов;

- для нелинейных и круговой АС не удается свести задачу к системе алгебраических уравнений, в которых неизвестные переменные имеют целочисленные показатели степени;

- нельзя исключить неизвестные амплитуды сигналов на первом этапе решения задачи, тем самым раздельно определить амплитуды сигналов и пеленги излучателей.

Указанные недостатки не позволяют применять способ-прототип в реальных условиях, когда регистрируются одновременно и отраженные сигналы.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый способ свободен от указанных недостатков и является параметрическим способом многосигнального пеленгования на одной частоте.

Достигаемый технический результат - уменьшение времени и повышение точности определения пеленгов при приеме радиосигналов источника радиоизлучения с использованием антенных систем (АС), состоящих из слабонаправленных элементов (вибраторов), а также получение интервальных оценок пеленгов. Повышение скорости пеленгации и повышение достигается за счет использования эффективного алгоритма идентификации параметров радиосигналов.

Способ определения характеристик наложившихся друг на друга радиосигналов одной частоты, а именно: амплитуды, азимутального и угломестного пеленгов источника радиоизлучения и начальной фазы φ0 его сигнала при регистрации основного и отраженных сигналов, включает в себя прием этого многолучевого сигнала антенной системой (АС), состоящей из M элементов, формируют ансамбль сигналов o ˙ m ( t ) , m=1; 2; …; M, зависящих от времени t, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов o ˙ m ( t ) в цифровые сигналы o ˙ m ( z ) , где z - номер временного отсчета сигнала, преобразуют цифровые сигналы o ˙ m ( z ) в сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР), описывающий амплитуды и фазы сигналов, принятых элементами АС, восстанавливают вектор комплексных амплитуд сигналов y=[y1 y2 … yM]T, полученных с выхода каждого элемента АС. При этом на каждом элементе АС во временном пространстве зарегистрированный сигнал подвергается преобразованию Фурье, получают модуль этого преобразования, модуль преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, по которой проходил сигнал, определяют модуль преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов, поделив модуль преобразования Фурье сигнала, полученного с выхода элемента АС, на произведение модулей преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, по которой проходил сигнал, исследуют зависимость от частоты модуля преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов, по точкам минимумов которой определяют разность по времени поступления сигналов, а по точкам максимумов и минимумов - амплитуды или относительные амплитуды сигналов; по известным временным значениям разности прихода сигналов и по известной частоте определяют аналитическое выражение для первого сигнала и его амплитуду и фазу, вычитают первый сигнал из суммарного сигнала, повторяют последнюю процедуру до тех пор, пока не определят амплитуды и фазы каждого сигнала в суммарном сигнале, по известным фазам одного сигнала на разных элементах АС определяют азимутальный и угломестный пеленги и начальную фазу каждого сигнала.

Способ также обычно дополнительно включает вычисление дисперсий значений амплитуды, азимутального и угломестного пеленгов и начальной фазы сигнала источника радиоизлучения по общей формуле: D ( f ( x ) ) = [ f ( x ) ( x i ) ] 2 D ( x i ) , где f(x) - функция, определяющая значение искомого параметра; xi - i-я переменная, входящая в f(xi), i=1, 2, …, k, k - число переменных; с использованием аналитических выражений частных производных f ( x ) x i и заранее известных величин дисперсий D(xi) переменных xi, в данном случае в качестве f(x) выступают формулы для cosβ, tgθ, φ0, а в качестве xi выступают все другие переменные, входящие в формулу, а именно: c o s β = P 1 ϕ 0 c o s θ ; тогда f(x)=cosβ, P1≡x1; φ0≡x2; cosθ≡x3. и D ( c o s β ) = i = 1 3 ( cos β x i ) 2 D ( x i ) .

Перечень чертежей

Фиг.1. Определение интервалов между двумя импульсами: а, б - выходные сигналы; в - импульсная характеристика системы; г - квадраты модулей Фурье-образов выходных сигналов.

Фиг.2. Влияние неопределенности исходных данных на квадрат модуля Фурье-образа выходного сигнала.

Фиг.3. Неразрешенные импульсы: 1 - суммарный; 2 - единичный.

Фиг.4. Функция |I(ω)| для импульса, приведенного на фиг.3.

Осуществление изобретения

Сигналы рассматриваются как детерминированные, подверженные аддитивной помехе, оценки параметров которых подлежат определению. В качестве примера нелинейной АС рассматривается круговая АС, состоящая из нескольких слабонаправленных элементов (вибраторов). В качестве фазового центра (точки, относительно которой происходит измерение фаз сигналов, приходящих на элементы антенной системы) выбирается один из вибраторов.

Ставится задача определения следующих параметров для присутствующего в эфире ИРИ:

- временные задержки зарегистрированных сигналов;

- амплитуды (мощности) зарегистрированных сигналов;

- азимутальные и угломестные пеленги каждого зарегистрированного сигнала;

- начальные фазы каждого зарегистрированного сигнала.

Поскольку на результаты измерений неизбежно накладывается помеха, а также имеют место ошибки измерений, обусловленные используемой аппаратурой, необходимо получить не только точечные оценки искомых параметров, но и их ковариационные матрицы или, по крайней мере, дисперсии.

В предлагаемом способе с помощью преобразования Фурье определяются отдельно на КАЖДОМ элементе АС амплитуды сигналов, разности по времени прихода сигналов и затем значения фаз наложившихся сигналов. Принципиально важно точно знать временной интервал между приходом сигналов, т.е. правильно последовательно выделить запись каждого сигнала, начиная с пришедшего первым. Примем во внимание следующий важный факт. Поскольку сигналы имеют одну частоту, но разные время прихода и пеленги и, соответственно, разные начальные фазы, то их можно рассматривать как результат смешения во времени второго сигнала относительно первого и т.д. А смешение сигналов во времени позволяет последовательно выделить зарегистрированные сигналы, фазы которых определяются соответствующими пеленгами сигналов и начальными фазами сигналов. Но необходимо точно определять временные задержки сигналов. Проблема определения временных сигналов состоит в том, что и исходный сигнал, и регистрируемый суммарный сигнал - это гармонические сигналы на одной частоте, но с возможно разными амплитудами и фазами, которые определяются амплитудами и фазами наложившихся сигналов. А эти величины неизвестны - их надо определить.

Тот факт, что каждый элемент АС обрабатывается независимо, позволяет сократить число элементов АС пеленгатора, но их должно быть не менее трех, чтобы определить пеленги и начальную фазу сигналов. В реальной практике наиболее часто рассматриваются случаи наложения двух и трех сигналов.

Для классических линейных АС нельзя определить угол места, для нелинейных АС набеги фаз различны на каждом элементе АС. Поэтому будем рассматривать временную запись суммарного сигнала на каждом элементе АС.

Выход m-го элемента нелинейной АС имеет вид

где Ai - амплитуда i-го сигнала;

fi(t) - гармонические сигналы с одной частотой, но с разными фазами;

bm - суммарный сигнал на m-ом элементе АС.

Если излучение в процессе прохождения подвергается влиянию среды и регистрирующей (передающей) системы с импульсной характеристикой g(t), то суммарная линия b(7) описывается интегральным уравнением

Применив преобразование Фурье к уравнению (5), или соответственно к уравнению (4), получим [5-7]

где |F(ω)|, |G(ω)| и |B(ω)| - соответственно модули Фурье-образов i = 1 n A i f i ( t ) ; g(t)и b(t).

Смещение импульсов fi(t) позволяет записать |F(ω)| в виде произведения

Здесь |Φ(ω)| - модуль Фурье-образа f(t); |I(ω)| - модуль сомножителя, описывающего смещение.

Согласно (6)

и в то же время по теореме смещения [5]

где τj - временной интервал между первым и j-ым импульсами серии; τ0=0.

Из формулы (9) следует, что спектр |I(ω)| отличается при разном числе поступивших сигналов, т.е. можно сразу определить число поступивших сигналов.

Модули |Φ(ω)| и |G(ω)| определяют в процессе калибровки при обработке результатов. Менее точно можно получить |Φ(ω)| |G(ω)| как огибающую функции |F(ω)|, например, построив линию регрессии по максимумам функции |F(ω)|. Частоты, при которых |Φ(ω)| |G(ω)|=0, не рассматриваются. Таким образом, значения |I(ω)| рассчитываются по условию (8), а с другой стороны, они известны из формулы (9). Таким образом, если форма каждой компоненты неразрешенной линии описывается одной и той же функцией, то веса Aj компонент неразрешенных линий и интервалы τj, на которые сметены компоненты относительно друг друга, находятся из условия

Выделив частоты гармоник в |I(ω)|, при которых наблюдаются максимумы и минимумы |I(ω)|, и, определив их амплитуды, находим оценки искомых параметров Aj и τj.

В процессе обработки данных функции f(t) и b(t) задаются набором дискретных значений с шагом h. Погрешность вычисления |I(ω)| в основном определяется погрешностью |B(ω)|; значения f(t) и g(t) и соответственно |Φ(ω)| и |G(ω)| и могут быть получены при калибровке с требующейся точностью. Кроме того, |G(ω)| и |Φ(ω)| - достаточно пологие функции в области частот, представляющих интерес, и большой ошибки они не внесут.

Реализация алгоритма изобретения.

1. Принимают многолучевой сигнал антенной системой (АС), состоящей из M элементов, и формируют ансамбль сигналов o ˙ m ( t ) , m=1; 2; …; M, зависящих от времени t.

2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов o ˙ m ( t ) в цифровые сигналы o ˙ m ( z ) , где z - номер временного отсчета сигнала.

3. Преобразуют цифровые сигналы o ˙ m ( z ) в сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР), описывающий амплитуды и фазы сигналов, принятых элементами АС. Восстанавливается вектор комплексных амплитуд сигналов y=[y1 y2 … yM]T, полученных с выхода каждого элемента АС.

4. На каждом элементе АС во временном пространстве выделяется сигнал для обработки, в котором получают модуль преобразования Фурье. Получают также модуль преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, если есть необходимость учесть влияние трассы, по которой проходил сигнал.

5. Определяют модуль преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов, поделив модуль преобразования Фурье выделенного суммарного сигнала, полученного с выхода каждого элемента АС, на произведение модулей преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, по которой проходил сигнал.

6. Исследуют зависимость от частоты модуля преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов. По точкам минимумов определяют разность времен прихода сигналов, а по точкам максимумов и минимумов - амплитуды или относительные амплитуды сигналов.

7. По известным значениям разности времен прихода сигналов выделяют первый сигнал и традиционными методами находят его аналитическое выражение, по которому определяют его амплитуду и фазу. После выделения первого сигнала выделяют второй и т.д. По известным аналитическим выражениям для каждого сигнала определяют амплитуды и фазы каждого сигнала в суммарном сигнале.

8. По известным фазам составляется система алгебраических уравнений, из которой определяют азимутальный и угломестный пеленги и начальную фазу каждого сигнала.

9. Поскольку азимутальный и угломестный пеленги и начальная фаза каждого сигнала описываются аналитическими выражениями, то их дисперсии определяются как дисперсии функции со случайными аргументами.

Определение разности времени прихода сигналов

Рассмотрим алгоритм для наиболее частого случая, когда зарегистрированный сигнал состоит из двух импульсов, имеющих одинаковую форму, но разные амплитуды A1 и A2, и отстоящих друг от друга на интервал τ (наложение отраженных сигналов). В этом случае |I2(τ, A1, A2, ω)| определяется формулой

Оценку интервала времени между импульсами τ и оценки амплитуд A1, A2 наиболее просто можно произвести по точкам экстремумов кривой |I(ω)|: точки минимума соответствуют

а точки максимума -

Из условия (11) находят оценки интервала времени между импульсами, а из условий (11) и (12) находят оценки амплитуд (или отношение амплитуд при заметном влиянии неизвестной функции g(t)) импульсов - получают из системы уравнений

Порядок следования импульсов в данном случае проще всего определять по форме суммарного импульса. При числе импульсов m>2 эта неопределенность устраняется.

Поскольку нам известна частота регистрируемых сигналов, и мы определили время смещения второго сигнала относительно первого, достаточно просто определить традиционными методами [5-7] уравнение для первого сигнала. Вычитаем первый сигнал из суммарного и определяем необходимые характеристики обоих сигналов раздельно.

В силу того, что в практических задачах функции |G(ω)| и |Φ(ω)| достаточно пологие, можно найти качественные оценки интервала τ и отношения амплитуд A1 и A2 даже при неизвестном значении произведения |G(ω)| |Φ(ω)|, даже если функции g(t) и f(t) неизвестны.

Методом статистического моделирования установлено, что относительная погрешность исходных данных переносится на значения амплитуд двух сигналов с коэффициентом порядка 1, а на значения интервалов - с коэффициентами меньше единицы.

Пример 1: sin 785t+sin (785t+π/2)=bm; круговая частота ω=785; период = 8·10-3 сек; принимаем в рассмотрение только положительные значения каждой функции. Сигнал записан в течение 10-2 сек, смещение сигналов составляет 2×10-3 сек. Амплитуды сигналов равны единице.

Преобразование Фурье в данном случае имеет вид

Вычисляя этот интеграл как сумму двух интегралов, увидим, что второй интеграл отличается от первого множителем e x p ( i ω π 2 × 7 8 5 ) . Точка минимума будет при условии 2 π f π 2 × 785 = π . Изменяя частоту в окрестности f, получили |I2(ω)|=0 при частоте 250 Гц, т.е. амплитуды сигналов одинаковы. Отсюда смещение τ=2·10-3 сек. Из условия A 1 + A 2 = I ( 2 π τ ) = 2 следует, что амплитуды сигналов равны единице. В результате получили смещение по времени между сигналами.

Определение пеленгов и начальной фазы сигналов. Поскольку мы определили уравнения каждого сигнала, то нам известны и значения фаз сигналов. Приступим к определению пеленгов и начальной фазы сигналов. Для этого АС должна содержать не менее трех элементов, не параллельных друг другу. Для каждого сигнала на каждом элементе АС определяем свои значения фаз и записываем для каждой фазы свои уравнения, из которых находим значения пеленгов и начальных фаз сигналов. Для каждой фазы rm получим следующую систему уравнений

r m = 2 π P λ cos ( θ γ m ) cos β + ϕ 0 , m=1, …, n; или:

p m = cos ( θ γ m ) cos β + ϕ ; где p m = r m λ 2 π R ; ϕ 0 = ϕ 0 λ 2 π R ; γ1=0 - начало отсчета углов γm.

Составим систему уравнений для пеленгов θ, β и начальной фазы сигнала ϕ 0 :

Решить эту систему можно разными методами. Приведем один из них. Переносим ϕ 0 вправо, делим все уравнения на первое. Получим

или в матричном виде: A θ = Y , где

Отсюда решение

Формула (15) - это матричная формула для tgθ и φ0. Компьютеру задают формулы (15), а компьютер выдает 2 числа: значения t g θ ( P 1 ϕ 0 ) = a 1 и φ0=a2. Тогда t g θ = a 1 P 1 ϕ 0 и φ0=a2; c o s β = P 1 ϕ 0 c o s θ .

После нахождения пеленга θ и начальной фазы φ0 определяют пеленг β.

Из-за простоты вычислений значительно уменьшается время вычислений и увеличивается точность определения пеленгов. Кроме того, точность определения пеленгов повышается, поскольку учтена величина φ0, которая входит в набег фаз и влияет на значения пеленгов.

Следует отметить, что операции, имеющие место в формулах (14) и (15), не представляют большой вычислительной сложности и, соответственно, требуют малых временных затрат.

Что касается повышения достоверности результатов, поскольку получены формулы для искомых величин, то их дисперсии определяют, как для функций от случайных аргументов [8]. Вычисление дисперсий значений амплитуды, азимутального и угломестного пеленгов и начальной фазы сигнала источника радиоизлучения проводится по общей формуле: D ( f ( x ) ) = [ f ( x ) x i ] 2 D ( x i ) , где f(x) - функция, определяющая значение искомого параметра; xi - i-я переменная, входящая в f(xi), i=1, 2, …, k, k - число переменных; с использованием аналитических выражений частных производных f ( x ) x i и заранее известных величин дисперсий D(xi) переменных xi, в данном случае в качестве f(x) выступают формулы для cosβ, tgθ, φ0, а в качестве xi выступают все другие переменные, входящие в формулу, а именно: c o s β = P 1 ϕ 0 c o s θ ; тогда f(x)=cosβ, P1≡x1; φ0≡x2; cosθ≡x3 и D ( c o s β ) = i = 1 3 ( cos β x i ) 2 D ( x i ) .

Можно пропустить операцию определения значений фаз, а сразу записать систему уравнений для найденного значения разности фаз. Тогда составляется и решается только одна система уравнений, но более громоздкая.

Пример 2. Рассмотрим случай двух сигналов. Исходные данные - зарегистрированные сигналы, каждый из которых является суммой двух импульсов, приведены на фиг.1, а, б. На том же чертеже приводится предполагаемая ориентировочная импульсная характеристика системы, через которую прошли анализируемые сигналы (фиг.1, в). Требуется по этим исходным данным в каждом случае определить интервал между импульсами и отношение их амплитуд.

На фиг.1, г приведены квадраты модулей Фурье-образов первого (кривая 1) и второго (кривая 2) сигналов. Из анализа Фурье-образов следует, что временной интервал между компонентами первого импульса составляет 5·10-6 с, а второго - 7·10-6 с. В первом случае амплитуды компонент одинаковы, а во втором - достаточно близки.

Для определения погрешности оценки временных интервалов между импульсами за счет неопределенности амплитуды зарегистрированного сигнала были проведены статистические испытания: амплитуды сигналов с помощью датчика случайных чисел, подчиняющихся нормальному закону, изменялись в пределах ±5% при доверительной вероятности 68%. Погрешность в определении временных интервалов между компонентами импульсов оказалась равной ±4% при той же доверительной вероятности.

Пример 3. На фиг.2 приведен квадрат модуля Фурье-образа |B(ω)|2 выходного сигнала для последовательности пяти треугольных импульсов одинаковой формы и амплитуды, отстоящих друг от друга на 250 нс. Длительность каждого импульса по основанию равна 250 нс. Имитировалось прохождение этой серии импульсов через отрезок радиокабеля марки РК-75-9-13 длиной 3 км. Принималось, что амплитуды импульсов - нормально-распределенные случайные величины с относительным среднеквадратическим отклонением, равным 5%. На фиг.2 показаны огибающие возможных отклонений в значениях квадратов Фурье-образов. Положение нулей практически не изменилось. Первый нуль получен при частоте f=0,816 МГц, что соответствует интервалу между импульсами, равному 250 нс.

Пример 4. Рассмотрим обработку суммарного импульса, три компоненты которого имеют длительность по основанию 40 единиц и две последние смещены соответственно от первой компоненты на пять и восемь единиц (фиг.3). Точность исходных данных - не хуже 2%.

Вид функции |I(ω)| для приведенного импульса показан на фиг.4. Значения |I(ω)| получены для ω∈[0; 2, 5] с шагом Δω=π2/160. При выбранном шаге Δω получены следующие оценки интервалов: τ1=4,92±0,13; τ2=7,94±0,16; τ21=3,0±0,1.

При найденных оценках τ1 и τ2 методом наименьших квадратов установлено, что компоненты суммарного импульса имели равные амплитуды.

При больших погрешностях исходных данных для оценки точности получаемых результатов предпочтительнее метод статистических испытаний, так как исходные данные подвергаются в описанном способе целому ряду нелинейных преобразований.

Источники информации

1. Грешилов А.А. RU, патент, 2380719 С2, МПК G01S 5/04 (2006.01), 2008 г.

2. Патент RU 2380720, опубликовано 27.01.2010, МПК G01S 5/04.

3. Патент RU 2151406, опубликовано 20.06.2000, МПК G01S 5/04, G01S 5/14, H04B 17/00.

4. Грешилов А.А., Плохута П.А. Патент RU 2382379, МПК G01S 5/04, опубл. 20.02.2010.

5. Г. Деч. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования. Перевод с немецкого. - М.: Наука. - 1971.

6. Грешилов А.А. Некорректные задачи цифровой обработки информации и сигналов. - М.: Изд. Логос - 2009.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука. - 1980.

8. Грешилов А.А. Математические методы принятия решений: Учебное пособие для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 584 с.

Способ определения характеристик наложившихся друг на друга радиосигналов одной частоты, а именно: амплитуды, азимутального и угломестного пеленгов источника радиоизлучения и начальной фазы φ0 его сигнала при регистрации основного и отраженных сигналов, включающий в себя прием этого многолучевого сигнала антенной системой (АС), состоящей из М элементов, формируют ансамбль сигналов óm(t), m=1; 2;…;М, зависящих от времени t, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов óm(t) в цифровые сигналы óm(z), где z - номер временного отсчета сигнала, преобразуют цифровые сигналы óm(z) в сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР), описывающий амплитуды и фазы сигналов, принятых элементами АС, восстанавливают вектор комплексных амплитуд сигналов y=[y1 y2…yM]T, полученных с выхода каждого элемента АС, отличающийся тем, что на каждом элементе АС получают и выделяют суммарный сигнал, который подвергается преобразованию Фурье, получают модуль этого преобразования, модуль преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, по которой проходил сигнал, определяют модуль преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов, поделив модуль преобразования Фурье сигнала, полученного с выхода элемента АС, на произведение модулей преобразования Фурье от ожидаемой формы единичного сигнала и от импульсной характеристики трассы, по которой проходил сигнал, получают зависимость от частоты модуля преобразования Фурье функции, описывающей смещение сигналов, по точкам минимумов которой определяют разность во времени поступления сигналов, а по точкам максимумов и минимумов - амплитуды или относительные амплитуды сигналов; по полученным временным значениям разности прихода сигналов и по известной частоте регистрируемых сигналов выделяют первый сигнал, определяют его амплитуду и фазу, вычитают первый сигнал из суммарного сигнала, затем осуществляют определение амплитуды и фазы для каждого сигнала в суммарном сигнале, по известным фазам одного сигнала на разных элементах АС определяют азимутальный и угломестный пеленги и начальную фазу каждого сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к области обнаружения в атмосфере объектов, преимущественно малозаметных, и их координатометрии. Согласно способу дальнего оптического обнаружения по признакам конденсационного следа в атмосфере обеспечивают оптимальные условия обзора с размещением приемных постов угломерной системы координатометрии на бортах барражирующих выше облаков беспилотных вертолетов.

Изобретение относится к обнаружению сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Достигаемый технический результат - повышение достоверности обнаружения ЛЧМ-сигналов и возможность определения их характеристик в случае обнаружения.

Изобретение относится к гидроакустическим системам навигации подводных аппаратов относительно судна обеспечения и может быть использовано для определения координат буксируемого подводного аппарата (БПА), осуществляющего гидролокацию рельефа дна.

Способ предназначен для определения оценок местоположения объектов на дорожной сети (ДС). Достигаемый технический результат - обеспечение возможности однозначного определения подвижного объекта, привязанного к ДС.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения морских подвижных объектов. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности и помехоустойчивости системы.

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано в комплексах радиоконтроля для определения местоположения источников излучения коротковолнового диапазона с ионосферным распространением радиоволн.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при формировании эталонной информации (изображений) для корреляционно-экстремальных навигационных систем летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многопозиционных радиотехнических системах с подвижными пунктами приема, устанавливаемыми, например, на летательных аппаратах.

Изобретения могут быть использованы для определения угловой ориентации летательных аппаратов (ЛА) в пространстве и на плоскости. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения углов крена, азимута и тангажа ЛА.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения угловой ориентации летательных аппаратов (ЛА) в пространстве и на плоскости. Достигаемый технический результат - повышение точности оценивания углов крена α, азимута θ и тангажа β ЛА. Указанный результат достигается тем, что выделяют три антенных элемента (АЭ) из их общего числа M, лежащие в одной плоскости, определяют их предварительные координаты, задают необходимую точность е определения координат АЭ, на основе метода Гауса-Зейделя и золотого сечения уточняют координаты АЭ путем максимизации целевой функции BΣ. Поиск максимума BΣ для каждой комбинации αi, θi, βi осуществляют до тех пор, пока длина интервала золотого сечения не станет меньше наперед заданного значения е. Аналогично последовательно методом одномерной оптимизации на основе золотого сечения с точностью е определяют координаты всех M АЭ антенной решетки и далее - уточненные эталонные значения разностей фаз Δφэт.m0(αi, βi, θi). Устройство, реализующее способ, содержит M идентичных приемных каналов, M≥3, блок формирования опорных сигналов, тактовый генератор, S корреляторов, S блоков анализа, S+1 коммутатор, блок начальной установки корреляторов, радионавигатор, блок управления, S блоков вычитания, блок памяти, первый и второй вычислители-формирователи, блок принятия решения, первый и второй вычислители, блок индикации и четыре входных установочных шины. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 2 н.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат изобретения - повышение вероятности поиска малоразмерных подвижных объектов. Указанный результат достигается за счет применения новых операций адаптивной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу, обеспечивающих повышение чувствительности и динамического диапазона при формировании компонент горизонтальной и вертикальной поляризации двухкомпонентного комплексного частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных объектами в анализируемой области доплеровских частот и временных задержек. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения местоположения источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) путем измерения его уровня сигнала с помощью двух стационарных постов радиоконтроля и одного мобильного в М точках (первый вариант) или двух мобильных постов радиоконтроля (второй вариант) в M1 и М2 точках их положения при независимом перемещении по нелинейной траектории без привлечения уравнений линий положения. Способ основан на сравнении отношений расстояний от точек измерения до местоположения источника радиоизлучения и обратных отношений измеренных уровней сигналов Для этого составляются мультипликативные функции разностей указанных отношений. Для обработки этих функций предложен дихотомический способ, в основе которого лежит принцип последовательного определения параметров местоположения ИРИ. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации, функционально объединяющего инерциальный способ навигации, спутниковый способ навигации и дальномерный способ навигации. Изобретение может быть использовано при осуществлении навигации высокодинамичных ЛА в сложных навигационных условиях. Новизна способа состоит в том, что формируют дополнительную базу данных, включающую диаграммы направленности антенны спутникового приемника и бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов, после приема сигналов навигационных спутников (НС) параллельно с определением навигационных параметров по спутниковому способу навигации (ССН) выделяют состав рабочего созвездия и угловые координаты НС, выделяют отношения сигнал/шум спутникового приемника и формируют корреляционную матрицу ошибок ССН, затем формируют векторы направления НС и определяют весовые коэффициенты НС из состава рабочего созвездия по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, угловым координатам НС и диаграмме направленности антенны спутникового приемника, корректируют состав рабочего созвездия спутников по весовым коэффициентам НС, корректируют навигационные параметры по откорректированному составу рабочего созвездия НС, далее формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ССН, учитывающую ориентацию ЛА на основе откорректированного состава рабочего созвездия и учета весовых коэффициентов НС, параллельно по дальномерному способу навигации (ДСН) формируют корреляционную матрицу ошибок ДСН, формируют векторы направления и определяют весовые коэффициенты наземных радиомаяков (НРМ) из рабочего состава НРМ по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, координатам НРМ из рабочего состава НРМ и диаграмме направленности упомянутой бортовой антенны приемопередатчика, корректируют рабочий состав НРМ по весовым коэффициентам НРМ, формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ДСН, учитывающую ориентацию ЛА, на основе откорректированного рабочего состава НРМ и учета весовых коэффициентов НРМ формируют соответственно ориентированные навигационные параметры по ССН и ДСН и используют их в бортовом вычислителе для формирования комплексных навигационных параметров, при этом выходные результаты представляют в виде уточненного положения ЛА, откорректированного с учетом ориентации ЛА. Предлагается вариант способа, использующий для определения данных по ориентации ЛА оператор ориентации, вычисляемый в инерциальном способе навигации. Предлагается также вариант способа, определяющий выбор диаграммы направленности антенны одной из бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов. Предлагается также вариант способа, учитывающий зависимость диаграммы многолучевости ЛА от ориентации ЛА и корректирующий определение положения ЛА в зависимости от уровня многолучевости. Результатом использования способа является повышение надежности и точности систем навигации, снижения вероятности авиационных катастроф. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 прил.

Изобретение относится к геофизике и может использоваться в системе мониторинга окружающей среды, сейсмического и инфразвукового мониторинга, МЧС России, контроля околоземного космического пространства для диагностики положения эпицентральной зоны потенциальных источников протяженных перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ). Достигаемый технический результат - повышение точности и надежности определения скорости распространения ПИВ и положения эпицентральной зоны источника ПИВ. Способ определения положения эпицентральной зоны источника и скорости распространения ПИВ заключается в том, что: принимают сетью рассредоточенных по поверхности Земли навигационных приемников, синхронизированных по времени, электромагнитные сигналы от группировки космических аппаратов (КА); передают принятые данные в центр обработки с ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации, где: рассчитывают время прохождения электромагнитных сигналов от каждого КА к каждому навигационному приемнику; рассчитывают характеристики псевдопозиционирования навигационных приемников; рассчитывают ошибки и изменения ошибок позиционирования навигационных приемников; определяют время прохождения фронта ПИВ, при этом: время получения сигнала о прохождении фронта ПИВ устанавливают отдельно для каждого навигационного приемника и определяют его по времени появления в течение нескольких секунд сочетания знакопеременных экстремумов ошибок его позиционирования; скорость распространения ПИВ определяют путем осреднения скоростей перемещения ПИВ между парами из трех любых заранее выбранных навигационных приемников, а положение эпицентральной зоны источника ПИВ определяют по зоне пересечения прямых, направление которых определено векторами осредненных скоростей, полученных для каждых трех заранее выбранных навигационных приемников. 7 ил.

Изобретение относится к области радиотехнической разведки. Достигаемый технический результат - оперативная оценка наличия и характер траектории полета воздушного объекта (ВО). Указанный результат достигается за счет того, что при сопровождении воздушного объекта по первичной радиотехнической информации на приемных постах производят одновременную первичную фильтрацию отдельных пеленгов по времени их поступления, при этом движение воздушного объекта принимают прямолинейным и равномерным, а в противном случае принимают за маневр, при этом формирование начальной оценки приближенного вектора параметров траектории воздушного объекта и ковариационной матрицы ошибок на приемных постах производят по первому пеленгу, поступившему от одного из информационных датчиков по новому воздушному объекту, далее производят окончательную фильтрацию информации с получением уточненного вектора параметров траектории каждого воздушного объекта и алгоритмической ковариационной матрицы ошибок параметров наблюдения приемных постов, выдают точную оценку параметров траектории каждого воздушного объекта для четкого отслеживания характера и параметров его полета, при этом на приемных постах фильтрацию отдельных пеленгов воздушного объекта по времени их поступления производят определенным образом. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования удаленного объекта на основе нескольких пространственно разнесенных дальномерно-угломерных приборов (ПДУ). Достигаемый технический результат - повышение точности и скорости позиционирования, обеспечение надежности и живучести системы позиционирования. Указанный результат достигается за счет того, что дальномерный узел наводчика наводит свой ПДУ на объект и определяет расстояние и угловые координаты объекта, по этим измерениям вычисляют первое приближение координат объекта, которые передают на остальные дальномерные узлы, которые по этим координатам прицеливают свои ПДУ и определяют расстояния до объекта, затем по измеренным расстояниям вычисляют второе приближение координат объекта, используя для этого расстояние от дальномерного узла наводчика и множество сочетаний расстояний от дальномерных узлов до объекта, взятых попарно, и передают координаты объекта на остальные дальномерные узлы, которые по этим координатам заново прицеливают свои ПДУ и определяют расстояния до объекта, затем по измеренным расстояниям вычисляют третье приближение координат объекта и так далее, пока разница в определении координат объекта в двух соседних, по порядку выполнения, приближениях координат объекта не станет менее порогового значения. Для дальномерных узлов, расстояния которых до объекта определяют координаты объекта, отклоняющиеся от приближений координат объекта более, чем на величину порогового значения, выполняют дополнительное прицеливание ПДУ путем их пробных угловых перемещений, при этом расстояния от дальномерных узлов до объекта, определяющие координаты объекта, отклоняющиеся от приближений координат объекта более, чем на величину порогового значения, исключают из вычислений координат объекта. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам определения пространственных координат и энергетических характеристик взрыва боеприпасов. Способ определения координат взрыва и энергетических характеристик боеприпаса при испытаниях включает размещение на испытательной площадке геодезически привязанных к системе ее пространственных координат нескольких видеорегистраторов (видеокамер) с устройством временной синхронизации их работы, реперных знаков в поле обзора видеорегистраторов, последующую регистрацию объекта при его срабатывании посредством скоростной фотосъемки с нескольких позиций. Скоростную фотосъемку осуществляют методом, обеспечивающим визуализацию фронта воздушной ударной волны, с последующей раскадровкой отснятого материала и выбором для определения координат взрыва двух снимков, полученных с наиболее дальней дистанции относительно точки взрыва, соответствующих одному моменту времени с начала съемки. Достигается повышение точности определения координат взрыва и энергетических характеристик боеприпаса при испытаниях. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области высокоточного позиционирования с помощью спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС, позиционирования объектов на удаленных, труднодоступных территориях в северных широтах для навигации судов, мониторинга ледовой обстановки, плавучих платформ, полярных станций, разведки полезных ископаемых, объектов на железных дорогах и других. Технический результат состоит в высокоточном позиционировании объектов за счет использования эфемиридно-временных поправок глобального действия, передаваемых по каналам цифрового телевидения. Для этого введены передающее оборудование федерального телецентра, приемник цифрового телевидения, сервер ввода навигационных данных, сервер криптозащиты, сервер биллинга, NTRIP-сервер, формирователь корректирующей информации, NTRIP-кастер, межсетевой экран, NTRIP-клиент, блок обработки информации, блок выделения корректирующих поправок, блок обработки навигационной информации по методу РРР, FTP - сервер оперативных данных орбит и FTP - клиент. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах морской навигации. Технический результат - повышение быстродействия. Для этого выставку морской бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), обеспечивающей уменьшение погрешностей начальной выставки в условиях качки без увеличения времени готовности, осуществляют за счет использования поправок к сигналам акселерометров, формируемых по информации об угловых скоростях, угловых ускорениях и расстоянии между центром БИНС и центром качания корабля. 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгации при приеме радиосигналов источника радиоизлучения и одновременно отраженных сигналов с использованием антенных систем, состоящих из слабонаправленных элементов. Повышение точности пеленгации достигается за счет использования эффективного способа идентификации параметров АС, состоящего в том, что первоначально с помощью преобразования Фурье определяются амплитуды и разность по времени приходов сигналов, входящих в суммарный сигнал, затем находятся по аналитическому выражению сигналов значения фаз сигналов, по которым составляется система алгебраических уравнений для определения амплитуды, азимутальных и угломестных пеленгов и начальной фазы каждого наложившегося сигнала. 4 ил.

Наверх