Устройство для определения направлений на источники радиоизлучения

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации. Достигаемый технический результат – пространственное разрешение сигналов при уменьшении их уровней за счет уменьшения собственных шумов в каналах системы пеленгации. Указанный результат достигается тем, что устройство для определения направлений на источники радиоизлучений состоит из антенной решетки, имеющей К антенных элементов, коммутатора, контроллера, генератора, блока вычисления ковариационной матрицы, блока определения ковариационной матрицы с коррекцией шумовой составляющей, блока вычисления пространственного спектра, блока оценки направления на источники радиоизлучения и К каналов пеленгования, каждый из которых состоит из малошумящего усилителя, перемножителя, усилителя промежуточной частоты, аналого-цифрового преобразователя. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 3 ил., 1 табл.

 

Устройство для определения направлений на источники радиоизлучения

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации.

Известно устройство [1], состоящее из согласованного фильтра, блока ключей и схем задержки, блока ключа и схемы задержки последовательности нечетных выборок, синхронизатора, сумматора, фильтра нижних частот.

Недостатком данного устройства является необходимость знания структуры обрабатываемого сигнала. На основе конкретной структуры строится конкретный согласованный фильтр.

В устройствах определения направлений на источники радиоизлучения, как правило, информация о структуре сигнала неизвестна. Поэтому предлагаемый способ фильтрации в этом случае непригоден.

Известно устройство [2], состоящее из двух разнесенных пунктов, в каждом из которых расположены, по одной узконаправленной и слабонаправленной антенне, пеленгационный канал, измеритель пеленгов, блок расчета координат, спектральный коррелятор, пороговое устройство, блок расчета разности хода, измеритель взаимных задержек, схема (блок) сравнения, электронный ключ.

Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет определять направления прихода не более чем на два источника радиоизлучений. Кроме того, данное устройство может работать только в стационарном варианте.

Целью данного изобретения является создание устройства, обеспечивающего определения направлений на источники радиоизлучения за счет коррекции шумов, позволяющей сохранить хорошее пространственное разрешение сигналов при уменьшении их уровней за счет уменьшения собственных шумов в каналах системы пеленгации.

Устройство для определения направлений на источники радиоизлучения с коррекцией собственных шумов, позволяющей улучшить пространственное разрешение сигналов - (прототип) в открытой публикации из всех доступных источников информации не найдено.

Техническое решение достигается тем, что устройство для определения направлений на источники радиоизлучений состоит из антенной решетки, имеющей К антенных элементов, коммутатора, контроллера, генератора, блока вычисления ковариационной матрицы, блока определения ковариационной матрицы с коррекцией шумовой составляющей, блока вычисления пространственного спектра, блока оценки направления на источники радиоизлучения и К каналов пеленгования, каждый из которых состоит из малошумящего усилителя, перемножителя, усилителя промежуточной частоты, аналого-цифрового преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для определения направлений на источники радиоизлучения, на фиг. 2 и фиг. 3 показаны пространственные спектры без коррекции и с коррекцией ковариационной матрицы, на фиг. 4 показана таблица амплитуд сигналов и направлений прихода.

Устройство для определения направлений на источники радиоизлучения состоит из антенной решетки (АР) 1, имеющей К антенных элементов, коммутатора 2, К каналов пеленгования 31…3К, блока вычисления ковариационной матрицы (БВКМ) 4, блока определения ковариационный матрицы (БОКМ) 5 с коррекцией шумов, блока вычисления пространственного спектра (БВПС) 7, блока определения направления на источники радиоизлучения (БОНИРИ) 6, генератора опорных сигналов (Г) 8 и контроллера 9.

Каждый канал пеленгования 31…3К (рассмотрим на примере канала пеленгования 31) состоит из малошумящего усилителя (МШУ) 31.1, перемножителя 31.2, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) 31.3, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 31.4.

Каждый антенный элемент антенной решетки 1, соединен с коммутатором 2, имеющим К выходов, число которых равно числу антенных элементов, соединенных с входом канала пеленгования 31…3К, соответствующему номеру антенного элемента.

Выходы каналов пеленгования 31…3К соединены с блоком вычисления ковариационной матрицы 4.

Блок вычисления ковариационной матрицы 4 имеет два выхода. Первый выход размерности К×К и второй выход размерности 1×К. Выход К×К и выход 1×К соединены с советующими входами блока определения ковариационный матрицы с коррекцией шумов 5.

Выход блока определения ковариационной матрицы 5 с коррекцией шумов соединен с входом блока вычисления пространственного спектра 7.

Выход блока вычисления пространственного спектра 7 соединен с входом блока определения направлений на источники радиоизлучения 6.

Выход контроллера 9 соединен с соответствующим входом коммутатора 2 и с соответствующим входом блока вычисления ковариационной матрицы 4.

Входящие в канал пеленгования 31…3К устройства соединены между собой и с внешними устройствами следующим образом (рассмотрим на примере канала пеленгования 31). Вход малошумящего усилителя 31.1 является входом канала пеленгования 31. Выход малошумящего усилителя 31.1 соединен с одним из входов перемножителя 31.2. Другой вход перемножителя 31.2 соединен с выходом генератора опорных сигналов 8. Выход перемножителя 31.2, соединен с входом усилителя промежуточной частоты 31.3. Выход усилителя промежуточной частоты соединен 31.3 с входом аналого-цифрового преобразователя 31.4, выход которого подключен к соответствующему входу 4.

Антенные элементы антенной решетки 1 размещаются, как правило, на расстоянии d=0,5λ друг от друга, где λ - среднее значение длины волны принимаемых сигналов источников радиоизлучения.

Устройство для определения направлений на источники радиоизлучения работает следующим образом.

Контроллер 9, с определенной частотой, дает команду коммутатору 2 и блоку вычисления ковариационной матрицы 4, которые параллельно производят следующие действия. Коммутатор 2 замыкает цепь и принятые антенными элементами антенной решетки 1 сигналы проходят через коммутатор 2, канал пеленгования 31…3К в блок вычисления ковариационной матрицы 4, при этом вычисляется ковариационная матрица сигналов вместе с собственными шумами. При разомкнутой цепи в блок вычисления ковариационной матрицы 4 поступают только шумы, создаваемые каналами пеленгования 31…3К. В этом случае определяется мощность собственных шумов в каналах пеленгования 31…3К.

На антенные элементы антенной решетки 1 поступают сигналы от М источников радиоизлучения. Вектор сигналов на выходе К антенных элементов антенной решетки 1, имеет вид Xs(t)=AN(θ)⋅S(t), где S(t)=[s1(t),s2(t),…,sM(t)]T - вектор сигналов, поступающих на антенную решетку 1 с различных направлений, AN(θ) - матрица направленности размерности К*М, θ - азимутальный угол.

Матрица направленности AN(θ) имеет вид AN=[A(θ1),A(θ2),…,A(θM)], где θ1, θ2, …, θM - азимутальные углы прихода М сигналов. Она состоит из М векторов направленности

здесь λ - длина волны, dk - расстояние от k-го антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕk - угловая координата k-го антенного элемента, θm - азимут в направлении на m-й источник сигнала. Вектор направленности A(θ) играет основную роль в диаграммообразовании и определении направлений прихода сигналов.

Сигналы с выходов антенных элементов антенной решетки 1, пройдя через канал пеленгования 31…3К, поступают в блок вычисления ковариационной матрицы 1. В этом блоке оценивается ковариационная матрица сигналов

где Е[⋅] - оператор математического ожидания, Т - время усреднения, «н» - операция транспонирования и комплексного сопряжения.

Ковариационная матрица сигналов имеет вид

где XS(t) - вектор сигнальных составляющих в каналах антенной решетки, N(t) - вектор-столбец собственных шумов в каналах системы пеленгации размерности K.

Вследствие того, что собственные шумы в приемных каналах пеленгования 31…3К независимы, т.е. в момент разрыва цепи, когда коммутатор 2 размыкает вход канала пеленгования 31…3К с выходом антенного элемента антенной решетки 1, последнее слагаемое в (3) представляется в виде диагональной матрицы

где , , …, - дисперсии (мощности) собственных шумов в каналах пеленгования 31…3К.

С учетом (4) ковариационную матрицу шумов и сигналов (3) можно записать следующим образом

где Rs=E[XS(t)XS(t)H]/T - ковариационная матрица сигналов в каналах пеленгования 31…3К.

Значения вычисленной ковариационной матрицы, через выход К×К, а дисперсии шума через выход 1×К, поступают в блок определения ковариационной матрицы 5 с коррекцией шумов, в котором из ковариационной матрицы R сигналов и шума вычитаются дисперсии шумов по правилу

где β - величина, характеризующая точность оценки уровня шумов. Полученный результат передается в блок вычисления пространственного спектра 7.

В блоке вычисления пространственного спектра 7 происходит обработка поступившего сигнала (рассчитывается пространственный спектр) с использованием одного из известных ковариационных алгоритмов пеленгации - Теплового шума [3]

Полученный пространственный спектр в блоке вычисления пространственного спектра 7 передается в блок оценки направления источника радиоизлучения 6.

Практическое применение данного устройства состоит в том, что оно позволит повысить чувствительность устройства и обеспечить повышенную разрешающую способность при оценке направлений на источники радиоизлучения.

Это наглядно показано на Фиг. 2 и Фиг. 3, где показаны пространственные спектры четырех узкополосных сигналов с разными амплитудами, приходящими с разных направлений без коррекции шума и с коррекцией шума, соответственно, при условии, что точность оценки уровня шума в каналах пеленгования равна β=0.9. Амплитуды сигналов и направления прихода и приведены в Таблице 1. Уровень белого шума с нормальным законом распределения в каналах пеленгования равен σ=3.0 мкВ/м.

Из чертежей видно, что в случае без коррекции шумов (Фиг. 2) вершины пространственного спектра, соответствующие направлениям прихода сигналов, малоконтрастны. После коррекции шумов (Фиг. 3) вершины пространственного спектра стали более острыми, и по ним возможна более точная оценка направлений прихода.

Литература

1. Патент №2416879 РФ, МПК Н04В 15/00. Способ обработки аддитивной смеси сигнала и белого шума / А.В. Гарбузов (UA); А.В. Гарбузов (UA). - №2008138000/09; Заявлено 23.09.2008; Опубл. 27.03.2010, Бюл. 9. - 12 с.: 9 ил.

2. Патент №2350977 РФ, МПК G01S 5/00. Способ и устройство корреляционного отождествления пеленгов / Е.Б. Мазаков, М.Д. Поведайко, А.В. Старостин, С.Г. Респянский, Д.В. Павлов (РФ); Санкт-Петербургское высшее училище радиоэлектроники ПВО (РФ). - №2006119569/09; Заявлено 05.06.2006; Опубл. 27.12.2007, Бюл. 9. - 12 с.: 5 ил.

3. W. Gabriel, «Spectral Analysis and Adaptive Array Superresolution Techniques*, Proc. IEEE, 68, 654 (1980).

Устройство для определения направлений на источники радиоизлучений, состоящее из антенной решетки, имеющей К антенных элементов, соединенных через коммутатор с контроллером, обеспечивающим соединение каждого из К антенных элементов через однозначно соответствующий канал пеленгования, число которых равно К, с блоком вычисления ковариационной матрицы, при этом перемножители К пеленгационных каналов соединены с генератором опорных сигналов, блок вычисления ковариационной матрицы имеет первый выход размерности К×К и второй выход размерности 1×К, которые соединены с соответствующими входами блока определения ковариационной матрицы с коррекцией шумов, выход которого соединен с входами блока определения пространственного спектра, выход которого соединен с блоком оценки направления на источники радиоизлучения, при этом контроллер, соединенный также с блоком вычисления ковариационной матрицы, через коммутатор обеспечивает синхронное подключение К антенных элементов к К каналам пеленгования и отключение от них, причем при замкнутой цепи в блоке вычисления ковариационной матрицы обеспечивается вычисление ковариационной матрицы сигналов вместе с собственными шумами каналов пеленгования, при разомкнутой цепи в блоке вычисления ковариационной матрицы обеспечивается определение мощностей собственных шумов каналов пеленгования σ2, затем R сигналов блока вычисления ковариационной матрицы вместе с собственными шумами и собственными шумами каналов пеленгования раздельно поступают в блок определения ковариационной матрицы с коррекцией шумов, осуществляемой по правилу Rk=R-βσ2, где β - величина, характеризующая точность оценки уровня шумов, полученный результат передается в блок вычисления пространственного спектра, полученный спектр передается в блок оценки направлений на источники радиоизлучений, формирующий окончательный результат оценки направления на источники радиоизлучений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области локационной техники и может быть использовано в системах поиска и обнаружения объектов. Достигаемый технический результат – увеличение точности определения дальности импульсных излучателей.

Изобретение предназначено для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгования в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенной системы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах радиолокации, навигации, связи для определения местоположения излучателей и синхронизации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в наземных и авиационных радиотехнических системах для всеракурсного определения направления на источники радиоизлучений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиомониторинга при решении задачи скрытого определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), в частности для определения координат ИРИ с борта летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к области радиотехнических систем определения угловых координат источника сигнала. Достигаемый результат - повышение точности пеленгования источника радиоизлучения широкополосного сигнала при сохранении единственности измерения сигналов на выходах пеленгационных каналов.

Изобретение относится к области систем для контроля за возникновением опасных условий, связанных с утечками газа, которые способны определять местонахождение носимых датчиков содержания газа в пределах контролируемой зоны.

Изобретение относится к области радиотехнической разведки. Достигаемый технический результат - оперативная оценка наличия и характера траектории полета воздушного объекта.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и предназначено для получения точных оценок местоположения заходящего на посадку летательного аппарата по излучаемому с его борта радиосигналу, и представляет собой комплекс радиоэлектронных средств, который содержит не менее двух узкобазовых подсистем, соединенных высокоскоростными линиями передачи информации с центральным пунктом обработки. Достигаемый технический результат – повышение точности оценки вектора координат, описывающего местоположение источника радиоизлучения. Указанный результат достигается за счет того, что узкобазовая подсистема оснащена активной фазированной многокольцевой антенной решеткой и осуществляет прием радиосигналов, их синхронную демодуляцию многоканальным квадратурным приемником и преобразование в цифровую форму посредством многоканального аналого-цифрового преобразователя, при этом центральный пункт обработки производит оценку местоположения источника излучения на основе совместной обработки всех принятых сигналов с использованием комбинированного одноэтапного алгоритма, состоящего в формировании решающей функции на основе метода максимального правдоподобия и ее последующей оптимизации и исключающего выполнение промежуточных вычислений временных и фазовых задержек и углов пеленга. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для определения местоположения работающей радиолокационной станции (РЛС), имеющей сканирующую направленную антенну. Достигаемый технический результат – расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения направления на сканирующую РЛС и дальности до нее, при одновременном повышении достоверности результатов измерений. Указанный результат достигается за счет определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым, по меньшей мере трехлучевым, пеленгатором, при котором измеряют период вращения антенны РЛС, определяют угол поворота антенны РЛС относительно направления на пеленгатор, при этом в каждом цикле зондирования при данном угле поворота антенны РЛС измеряют временные задержки Δτ21, Δτ31 сигналов, рассеянных отражающей поверхностью не менее, чем в двух лучах пеленгатора, при этом соответственно Δτ21 - задержка сигнала, принятого по второму лучу, относительно сигнала, принятого по первому лучу, Δτ31 - задержка сигнала, принятого по третьему лучу, относительно сигнала, принятого по первому лучу, затем на основании проведенных измерений расстояние RK от пеленгатора до цели, а также угол между направлением на РЛС и направлением первого луча пеленгатора вычисляют по соответствующим формулам. 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы. Достигаемый технический результат - снижение аппаратурных затрат при реализации способа на базе изделий функциональной электроники, а при реализации способа на базе аппаратных средств цифровой обработки сигналов - повышение быстродействия за счет уменьшения количества арифметических операций. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения координат ИРИ заключается в приеме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, их ретрансляции на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, при этом дополнительно находятся доплеровские сдвиги частоты как аргумент максимизации амплитудного спектра произведения сигнала с одного ретранслятора на сигнал с другого ретранслятора, подвергнутый комплексному сопряжению и сдвигу на временную задержку, которая определяется как аргумент максимизации модуля функции взаимной корреляции преобразованных сигналов, полученных путем перемножения исходных сигналов на эти же сигналы, подвергнутые комплексному сопряжению и временному сдвигу на интервал T, превышающий величину, обратно пропорциональную удвоенной ширине спектра сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности. Достигаемый технический результат – снижение погрешности определения координат ИРИ. Сущность изобретения заключается в расположении четырех приемных пунктов (ПП), размещенных на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) типа "мультикоптер" в районе предполагаемого нахождения ИРИ. В указанный район ПП доставляются посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса. В состав каждого ПП входят блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленная антенна, панорамный приемник, приемопередатчик. В районе предполагаемого нахождения ИРИ приемные пункты распределяют в пространстве по команде с наземного пункта управления и обработки (НПУО), формируя, таким образом, разностно-дальномерную систему (РДС) МО. Приемные пункты располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУО координаты обнаруженного ИРИ. На НПУО оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Такое перестроение ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения. 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности определения местоположения мобильных средств по сигналам опорных станций наземной локальной радионавигационной системы (ЛРНС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения мобильного средства (МС). Указанный результат достигается за счет того, что способ пространственной селекции расстояний при решении задачи позиционирования МС дальномерным методом в наземной ЛРНС включает измерение расстояний ri (i=1, 2, …, n) от МС с неизвестными координатами до опорных станций ЛРНС с известными координатами Pi, i=1, 2, …, n, фильтрацию измеренных расстояний в медианных фильтрах, вычисление погрешностей между исходными расстояниями и их оценкой после фильтрации с последующей передачей полученных погрешностей в блок управления селекцией для вычисления наибольшей погрешности и формирования команды управления ключом на отключение данной линии, предотвращающее передачу оценок расстояний с наибольшими погрешностями в блок расчета координат МС. 6 ил.

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в двух- и многопозиционных измерительных комплексах для определения пространственных координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения ИРИ, наблюдаемого под малыми углами места, с высокой точностью. Указанный результат достигается за счет того, что способ осуществляют на базе пассивного двухпозиционного измерительного комплекса., при этом на двух приемных позициях комплекса измеряют мощности излучения ИРИ и на одной из них - угловые координаты ИРИ для одного момента времени. Далее проводят совместную обработку угловых и энергетических измерений и получают пространственные координаты местоположения ИРИ с учетом влияния подстилающей поверхности на результаты энергетических измерений, причем, если ИРИ находится на большой дальности, то учитывают также и кривизну Земли. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК ИР без привлечения дополнительной информации. Указанный результат достигается за счет того, что на объекте синхронизированно формируют и передают радиосигнал в виде двух гармонических колебаний с заданными частотами ƒi и ƒj. При приеме и обработке радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На каждой n-той станции синхронизированно принимают передаваемый с объекта радиосигнал. Принятые сигналы передают по соответствующим линиям связи (электрическим, оптическим и др.) в единый центр. В нем осуществляют прием каждого из принятых по линиям связи аналоговых радиосигналов и его преобразование в соответствующий ему цифровой сигнал, содержащий две цифровые составляющие. Для них формируют квадратурные им цифровые компоненты (КЦК). По полученным таким образом цифровым сигналам (ЦС) для различных двух n-тых ЦС формируют КЦК, соответствующие разностям фаз колебаний с одинаковыми частотами ƒi и соответствующие разностям фаз колебаний с одинаковыми частотами ƒj. По сформированным таким образом КЦК и при выполнении заданных в способе условий однозначно определяют относительные дальности до объекта от фазовых центров антенн станций. И по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации. Достигаемый технический результат – пространственное разрешение сигналов при уменьшении их уровней за счет уменьшения собственных шумов в каналах системы пеленгации. Указанный результат достигается тем, что устройство для определения направлений на источники радиоизлучений состоит из антенной решетки, имеющей К антенных элементов, коммутатора, контроллера, генератора, блока вычисления ковариационной матрицы, блока определения ковариационной матрицы с коррекцией шумовой составляющей, блока вычисления пространственного спектра, блока оценки направления на источники радиоизлучения и К каналов пеленгования, каждый из которых состоит из малошумящего усилителя, перемножителя, усилителя промежуточной частоты, аналого-цифрового преобразователя. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 3 ил., 1 табл.

Наверх