RU2236021C1 - Radio-frequency emission identification method - Google Patents
Radio-frequency emission identification method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2236021C1 RU2236021C1 RU2002133841/09A RU2002133841A RU2236021C1 RU 2236021 C1 RU2236021 C1 RU 2236021C1 RU 2002133841/09 A RU2002133841/09 A RU 2002133841/09A RU 2002133841 A RU2002133841 A RU 2002133841A RU 2236021 C1 RU2236021 C1 RU 2236021C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- pairs
- antennas
- averaging
- radio emissions
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопеленгаторах и системах радиоконтроля.The invention relates to radio engineering and can be used in direction finders and radio monitoring systems.
Потребность идентификации радиоизлучений, то есть установления их принадлежности одному или различным источникам, возникает во многих практических приложениях. Например, при приеме и пеленговании сигналов передатчиков со скачкообразным изменением частоты, многочастотных сигналов, в частности, сигналов многоканальных радиосистем с частотным или временным уплотнением каналов, при выполнении в каналах приема преобразования Фурье, с неизбежностью вызывающего дискретизацию спектров сигналов, когда необходимо их последующее объединение. Объективным признаком идентификации в указанных задачах служит направление на источник излучения. Однако при неопределенности о направлении прихода сигналов, их параметрах, интенсивности шума простое сравнение пеленгов идентифицируемых источников сталкивается с трудно или вовсе не разрешимой проблемой обоснованного выбора порога сравнения (идентификации).The need to identify radio emissions, that is, to establish their belonging to one or different sources, arises in many practical applications. For example, when receiving and direction-finding signals from transmitters with frequency hopping, multi-frequency signals, in particular, signals from multichannel radio systems with frequency or time channel multiplexing, when the Fourier transform is performed in the receiving channels, which inevitably causes a discretization of the signal spectra when their subsequent combining is necessary. An objective sign of identification in these tasks is the direction to the radiation source. However, with uncertainty about the direction of arrival of the signals, their parameters, noise intensity, a simple comparison of bearings of identifiable sources encounters a difficult or completely insoluble problem of a reasonable choice of a comparison threshold (identification).
Так известен способ пространственной идентификации сигналов, включающий когерентный прием и регистрацию сигналов от нескольких передатчиков для всех баз, образованных входящими в решетку антеннами, измерение, с применением преобразования Фурье, комплексной амплитуды сигналов каждой антенны и квадратов ее модулей, преобразование совокупности комплексных амплитуд с помощью двумерного пространственного преобразования Фурье в комплексный угловой спектр, по максимуму модуля которого определяют азимутальные и угломестные пеленги на идентифицируемые источники, сравнением которых принимают решение о принадлежности излучений одному или нескольким передатчикам [патент РФ №2151406, G 01 S 5/04, 5/14, Н 04 В 17/00, 1999 г.].Thus, a method for spatial identification of signals is known, including coherent reception and registration of signals from several transmitters for all bases formed by arrays included in the array, measuring, using the Fourier transform, the complex amplitude of the signals of each antenna and the squares of its modules, converting the set of complex amplitudes using two-dimensional spatial Fourier transform into a complex angular spectrum, the azimuthal and elevation bearings of identified sources, by comparison of which they decide on whether the radiation belongs to one or more transmitters [RF patent No. 2151406, G 01 S 5/04, 5/14, H 04 B 17/00, 1999].
Данный способ в отсутствии информации о точности измерения пеленгов, например, при неизвестной амплитуде сигнала или интенсивности шума, имеет низкую достоверность идентификации. Принципиально возможна ориентация на эксплуатационные точности, однако они не всегда известны, меняются по частотному диапазону, зависят от условий распространения радиоволн. Все это приводит к нестабильности и негарантированности качества принимаемых решений. Кроме того, снижается чувствительность реализующих способ устройств. К недостаткам способа следует отнести и относительную сложность, связанную с необходимостью выполнения большого объема операций по определению пеленгов идентифицируемых источников (преобразование совокупности комплексных амплитуд с помощью двумерного пространственного преобразования Фурье в комплексный угловой спектр, получение и максимизация его модуля).This method in the absence of information about the accuracy of the measurement of bearings, for example, with an unknown signal amplitude or noise intensity, has a low reliability of identification. Orientation to operational accuracy is fundamentally possible, however, they are not always known, vary in the frequency range, and depend on the propagation conditions of the radio waves. All this leads to instability and non-guaranteed quality of decisions. In addition, the sensitivity of the devices implementing the method is reduced. The disadvantages of the method include the relative complexity associated with the need to perform a large amount of operations to determine bearings of identifiable sources (transforming a set of complex amplitudes using a two-dimensional spatial Fourier transform into a complex angular spectrum, obtaining and maximizing its modulus).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому (прототип) являет способ идентификации источников радиоизлучений, включающий прием радиоизлучений с помощью антенной системы, состоящей из идентичных антенн и многоканального приемного устройства, измерение (с применением преобразования Фурье) для каждой из возможных комбинаций пар антенн комплексных амплитуд сигналов с получением их квадратов, взаимных произведений и аргументов взаимных произведений (разностей фаз), сравнение разностей фаз сигналов идентифицируемых источников, принятых на одинаковые пары антенн, по результатам которого принимают решение о принадлежности излучений одному или разным источникам радиоизлучения [заявка на изобретение №2002123675 от 06.09.2002 г., кл. G 01 R 27/10].The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one (prototype) is a method of identifying sources of radio emissions, including receiving radio emissions using an antenna system consisting of identical antennas and a multi-channel receiving device, measurement (using the Fourier transform) for each of the possible combinations of antenna pairs complex amplitudes of signals to obtain their squares, mutual products and arguments of mutual products (phase differences), comparison of phase differences of signals identifiable sources received on identical pairs of antennas, according to the results of which they decide on whether the radiation belongs to one or different sources of radio emission [application for invention No. 2002123675 of September 6, 2002, class. G 01 R 27/10].
Данный способ не требует определения пеленгов идентифицируемых источников, однако, также имеет низкую достоверность идентификации сигналов в отсутствии информации о точности измерений, в данном случае, разности фаз между сигналами, в частности при неизвестных параметрах сигналов и шумов. Это приводит к нестабильности и негарантированности качества принимаемых решений. Сравнение разностей фаз при неизвестной дисперсии есть частный вариант проблемы Беренса-Фишера о сравнении средних, не имеющей корректного статистического решения [Леман Э. Проверка статистических гипотез, М., Наука, с.191, 1979 г.].This method does not require the determination of bearings of identifiable sources, however, it also has a low reliability of signal identification in the absence of information on the measurement accuracy, in this case, the phase difference between the signals, in particular with unknown signal and noise parameters. This leads to instability and non-guaranteed quality of decisions. Comparison of phase differences for an unknown variance is a particular version of the Behrens-Fisher problem of comparing means that does not have a correct statistical solution [Lehman E. Verification of statistical hypotheses, M., Science, p. 191, 1979].
Задачей данного изобретения является повышение достоверности идентификации радиоизлучений в условиях априорной неопределенности о направлении прихода сигналов, их параметрах (амплитудах, фазах), интенсивности шумов в каналах приема.The objective of the invention is to increase the reliability of identification of radio emissions under conditions of a priori uncertainty about the direction of arrival of the signals, their parameters (amplitudes, phases), noise intensity in the receiving channels.
Это достигается тем, что в известном способе идентификации радиоизлучений, заключающемся в приеме радиоизлучений с помощью антенной системы, состоящей из идентичных антенн и многоканального приемного устройства, измерении для каждой из возможных комбинаций пар антенн комплексных амплитуд сигналов с получением их квадратов и взаимных произведений, дополнительно:This is achieved by the fact that in the known method of identifying radio emissions, which consists in receiving radio emissions using an antenna system consisting of identical antennas and a multi-channel receiving device, measuring for each of the possible combinations of antenna pairs the complex signal amplitudes to obtain their squares and mutual products, additionally:
квадраты модулей амплитуды усредняют по совокупности комбинаций пар антенн и радиоизлучений P1;the squares of the amplitude modules are averaged over the combination of pairs of antennas and radio emissions P 1 ;
определяют модули взаимных произведений амплитуд и усредняют их по совокупности комбинаций пар антенн и радиоизлучений P2;determine the modules of the mutual products of the amplitudes and average them over the totality of combinations of pairs of antennas and radio emissions P 2 ;
взаимные произведения комплексных амплитуд сигналов, принятых на одинаковые пары антенн, усредняют по совокупности радиоизлучений с определением модулей, которые, в свою очередь, усредняют по совокупности комбинаций пар антенн Р3:mutual products of the complex amplitudes of the signals received on the same antenna pairs are averaged over the totality of radio emissions with the definition of modules, which, in turn, are averaged over the totality of combinations of pairs of antennas P 3 :
по результатам усреднения определяют решающую статистику в виде отношения разностей усредненных величин:the averaging results determine the crucial statistics in the form of the ratio of the differences of the averaged values:
которую сравнивают с порогом, устанавливаемым по критерию Неймана-Пирсона, исходя из заданной вероятности правильной идентификации и количества комбинаций пар антенн.which is compared with a threshold set by the Neumann-Pearson criterion, based on a given probability of correct identification and the number of combinations of antenna pairs.
Причем усреднение квадратов модулей амплитуды сигналов, в случае применения двухканального приемного устройства, поочередно подключаемого к парам различных антенн, при различии коэффициентов усиления каналов приемного устройства, выполняют первоначально усреднением квадратов модулей амплитуды сигналов принятых разными каналами двухканального приемного устройства по совокупности пар антенн и радиоизлучений с последующим определением их среднего геометрического.Moreover, the averaging of the squares of the amplitude modules of the signals, in the case of using a two-channel receiving device, alternately connected to pairs of different antennas, with a difference in the gain of the channels of the receiving device, is performed initially by averaging the squares of the amplitude modules of the signals received by different channels of the two-channel receiving device over the totality of the pairs of antennas and radio emissions, followed by determining their geometric mean.
Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного наличием, во-первых, новых действий над сигналом: усреднение квадратов модулей амплитуды в частности с определением среднего геометрического средних квадратов модулей сигналов в каналах приема; получение модулей взаимного произведения амплитуд сигналов и их усреднение; усреднение взаимных произведений амплитуд сигналов с получением модуля и последующим усреднением; преобразование результатов усреднений в решающую статистику по определенному правилу, во-вторых, новых условий осуществления действий: усреднение по совокупности комбинаций пар антенн и радиоизлучений; установка порога исходя из заданной вероятности правильной идентификации и количества комбинаций пар антенн.A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the proposed method differs from the known one by the presence, firstly, of new actions on the signal: averaging the squares of the amplitude modules in particular with determining the geometric mean squares of the signal modules in the receiving channels; obtaining modules of the mutual product of signal amplitudes and their averaging; averaging the mutual products of the amplitudes of the signals to obtain the module and then averaging; transformation of averaging results into decisive statistics according to a certain rule, and secondly, new conditions for the implementation of actions: averaging over the combination of antenna pairs and radio emissions; setting a threshold based on a given probability of correct identification and the number of combinations of antenna pairs.
При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.In the study of other well-known technical solutions in the art, the specified set of features that distinguish the invention from the prototype was not identified.
Результаты статистического синтеза при неопределенности о фазе, амплитуде сигналов, дисперсии шума, направлении на источники излучения, комплексных коэффициентах передачи каналов приемного устройства показывают, что кроме получения достаточной статистики в виде квадратов модулей амплитуды и взаимного произведения комплексных амплитуд сигналов (прототип) существенными операциями являются нелинейные их преобразования и специфические усреднения, в частности, с изменением последовательности выполнения линейных и нелинейных операций: усреднение модулей взаимных произведений комплексных амплитуд и получение модуля усредненных взаимных произведений; определение среднего геометрического усредненных квадратов модулей амплитуды сигналов в каналах приема; проведение усреднения по совокупности радиоизлучений и комбинаций пар антенн.The results of statistical synthesis with uncertainty about the phase, amplitude of signals, noise dispersion, direction to radiation sources, complex transmission coefficients of the channels of the receiving device show that, in addition to obtaining sufficient statistics in the form of squares of amplitude modules and the mutual product of complex signal amplitudes (prototype), non-linear operations are essential their transformations and specific averaging, in particular, with a change in the sequence of linear and nonlinear operations : averaging the modules of mutual products of complex amplitudes and obtaining the module of averaged mutual products; determining the geometric mean averaged squares of the amplitude modules of the signals in the reception channels; averaging over the totality of radio emissions and combinations of antenna pairs.
Решающая статистика, определяемая как отношение разностей результатов усреднения, оказывается, в случае приема радиоизлучений одного источника, инвариантной ко всем указанным параметрам, и напротив зависит от параметров сигналов и шумов при приеме излучений разных передатчиков. Физической основой наличия оптимального статистического решения служит постоянство амплитудно-фазовых соотношений между сигналами, принятыми каждой парой антенн, при излучении одного источника и различие этих соотношений в противном случае. Инвариантность решающей статистики к параметрам сигналов и шума объясняется получением специфического отношения, в котором неизвестные параметры взаимно компенсируются.The decisive statistics, defined as the ratio of the differences of the averaging results, turns out to be, in the case of receiving radio emissions from one source, invariant to all these parameters, and vice versa depends on the parameters of the signals and noise when receiving radiation from different transmitters. The physical basis for the existence of an optimal statistical solution is the constancy of the amplitude-phase relationships between the signals received by each pair of antennas when one source is emitted and the difference between these ratios otherwise. The invariance of the decisive statistics to the parameters of the signals and noise is explained by obtaining a specific relationship in which the unknown parameters are mutually compensated.
Именно использование свойства постоянства амплитудно-фазовых соотношений между сигналами и компенсационных возможностей операции деления (отношения) в соответствии с предложенными новыми действиями над сигналом и условиями их осуществления, позволяет выполнять идентификацию радиоизлучений при неопределенности о фазе, амплитуде сигналов, дисперсии шума, направлении на источники излучения, комплексных коэффициентах передачи каналов приемного устройства.It is the use of the property of the constancy of the amplitude-phase relations between signals and the compensation capabilities of the division operation (ratio) in accordance with the proposed new actions on the signal and the conditions for their implementation that allows identification of radio emissions with uncertainty about the phase, amplitude of the signals, noise dispersion, direction to radiation sources , complex transmission coefficients of the channels of the receiving device.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ, на фиг.2 - гистограммы распределения решающей статистики при отношении амплитуды сигнала к среднему квадратическому значению шума (отношении сигнал/шум), равном 10, на фиг.3 - гистограммы распределения решающей статистики при отношении сигнал/шум, равном 50 (сплошная линия) и равном 3 (пунктир), на фиг.4 - характеристики идентификации.Figure 1 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method, figure 2 - histograms of the distribution of the decision statistics with the ratio of the amplitude of the signal to the mean square value of the noise (signal-to-noise ratio), equal to 10, figure 3 - histograms of the distribution of decision statistics when the signal-to-noise ratio equal to 50 (solid line) and equal to 3 (dashed line), in Fig.4 - identification characteristics.
Устройство, реализующее предложенный способ, содержит вибраторные антенны 1.0-1.N-1, антенный коммутатор 2, двухканальный приемник 3, цифровые схемы формирования квадратурных составляющих 4.1, 4.2, умножители комплексных чисел 5.1-5.3, накапливающие сумматоры 6.1-6.4, запоминающие ячейки 7.1-7.3, сумматоры 8.1-8.4, регистр сдвига 9, устройства определения модуля 10.1, 10.2, умножитель 11, устройство извлечения квадратного корня 12, вычитатели 13.1, 13.2, делитель 14, пороговый элемент 15.A device that implements the proposed method contains vibrator antennas 1.0-1.N-1,
Выходы антенн 1.0-1.N-1 подключены к входам антенного коммутатора 2, а два его выхода подключены к входам приемника 3. Цифровые схемы формирования квадратурных составляющих 4.1 (4.2), умножители комплексных чисел 5.1 (5.3), накапливающие сумматоры 6.1 (6.3), запоминающие ячейки 7.1 (7.3), сумматоры 8.1 (8.3) соединены последовательно. Входы цифровых схем формирования 4.1 и 4.2 соответственно подключены к выходам первого и второго каналов приемника 3. Умножитель комплексных чисел 5.2, устройство определения модуля 10.2, накапливающий сумматор 6.2, запоминающая ячейка 7.2, сумматор 8.2, вычитатель 13.2, делитель 14 соединены последовательно. Регистр сдвига 9, сумматор 8.4, устройство определения модуля 10.1 и накапливающий сумматор 6.4 соединены последовательно. Выход схемы 4.1 (4.2) дополнительно подключен ко второму входу умножителя комплексных чисел 5.1 (5.3) и первому (второму) входу умножителя комплексных чисел 5.2, выход которого подключен к входу регистра сдвига 9 и второму входу сумматора 8.4. Выход сумматора 8.1 через умножитель 11, устройство извлечения квадратного корня 12, вычитатель 13.1, второй вход делителя 14 подключен к пороговому элементу 15, выход которого является выходом устройства. Выход накапливающего сумматора 6.4 подключен ко вторым входам вычитателей 13.1, 13.2. Сумматор 8.3 выходом соединен со вторым входом умножителя 11. Выходы сумматоров 6.1, 6.2, 6.3 соответственно подключены ко вторым входам сумматоров 8.1, 8.2, 8.3.The outputs of the antennas 1.0-1.N-1 are connected to the inputs of the
Вибраторные антенны 1.0, 1.1,... ,(N-1) антенной системы идентичны, их количество не менее двух, размещены по окружности на одинаковом взаимном удалении. Одна из антенн ориентирована от центра окружности на север и имеет номер 0. Нумерация других антенн по часовой стрелке с нарастанием номеров. Антенный коммутатор 2 производит переключение пар антенн в скользящем режиме из N положений на два направления в последовательности номеров антенн: 0-1, 1-2,... (N-1)-0. Общее число циклов переключения (комбинаций пар антенн) при таком варианте исполнения равно числу антенн. Цикл подключения одной пары антенн продолжается в течение времени Т. Приемник 2 двухканального типа с настройкой каналов на частоту принимаемых сигналов и полосой пропускания F, согласованной с шириной их спектра. Цифровые схемы формирования квадратурных составляющих 4.1, 4.2 имеют постоянную времени, равную Т, которая выбирается из условия T>1/2F. Схемы 4.1, 4.2 могут быть выполнены по варианту, приведенному в [Побережский К.С. Цифровые радиоприемные устройства. М., Радио и связь, 1987, с.67-68, рис.3.14]. Регистр сдвига 9 имеет число разрядов, равное заданному числу циклов переключения пар антенн N≥ 2. Значение порога в элементе 15 фиксированное, устанавливается вне зависимости от интенсивности шума и других параметров, исходя из заданного уровня правильной идентификации и количества циклов переключения антенн N.Vibrator antennas 1.0, 1.1, ..., (N-1) of the antenna system are identical, their number is at least two, placed around the circumference at the same mutual distance. One of the antennas is oriented from the center of the circle to the north and has a
Принцип функционирования устройства состоит в следующем.The principle of operation of the device is as follows.
Радиоизлучения передатчиков принимают с помощью антенн 1.0-1.(N-1) и поочередно подключаемого к парам антенн через коммутатор 2 приемника 3. При каждом цикле переключения в схемах формирования квадратурных составляющих 4.1, 4.2 измеряется комплексная амплитуда сигнала соответствующей пары антенн:The radio emissions of the transmitters are received using antennas 1.0-1. (N-1) and alternately connected to the pairs of antennas through
где ξ r,l,n - напряжение на выходе l-го (l=1, 2) канала приемника в n-м (n=0,1,... ,N-1) цикле переключения для r-го радиоизлучения (r=1, 2);where ξ r, l, n is the voltage at the output of the lth (l = 1, 2) receiver channel in the nth (n = 0,1, ..., N-1) switching cycle for the rth radio emission ( r = 1, 2);
f0 - частота выходного сигнала приемника.f 0 is the frequency of the output signal of the receiver.
В силу независимости шумов на входе каналов приемника при T>1/2F, значения комплексных амплитуд сигналов также независимы, а их совокупность описывается нормальным законом распределения вида:Due to the independence of noise at the input of the receiver channels at T> 1 / 2F, the values of the complex amplitudes of the signals are also independent, and their combination is described by the normal distribution law of the form:
где 
σ 2 - дисперсия шума на входе каналов приемника в полосе F;σ 2 - noise variance at the input of the receiver channels in the band F;
θ r - направление (пеленг) на r-й излучатель;θ r - direction (bearing) to the r-th emitter;
⊕ - операция сложения по модулю N.⊕ - addition operation modulo N.
По завершении очередного интервала (n+1) Т измеренные значения комплексной амплитуды (1) подают на последующую обработку. Существо обработки определяется результатами статистического синтеза на основе максимизации функции правдоподобия (2) по неизвестным параметрам: амплитуде, фазе сигналов, дисперсии шума, направлении на источники излучения, комплексных коэффициентах передачи каналов приемного устройства.At the end of the next interval (n + 1) T, the measured values of the complex amplitude (1) are supplied for further processing. The essence of the processing is determined by the results of statistical synthesis based on maximizing the likelihood function (2) by unknown parameters: amplitude, phase of signals, noise dispersion, direction to radiation sources, complex transmission coefficients of the channels of the receiving device.
Обработка предусматривает операции, прежде всего, получения достаточной статистики (прототип) в виде образующихся в умножителях комплексных чисел 5.1 (1=1) и 5.3 (1=2), квадратов модулей амплитуды:Processing involves operations, first of all, obtaining sufficient statistics (prototype) in the form of complex numbers 5.1 (1 = 1) and 5.3 (1 = 2), formed in the multipliers, of squares of amplitude modules:
и произведений комплексных амплитуд на выходе умножителя 5.2:and products of complex amplitudes at the output of multiplier 5.2:
где * - знак комплексного сопряжения.where * is the sign of complex conjugation.
Полученные значения достаточной статистики, по мере поступления, усредняют в накапливающих сумматорах:The obtained values of sufficient statistics, as they become available, are averaged in accumulating adders:
квадраты модулей - непосредственно в блоках 6.1 и 6.3, образуя по истечении N циклов переключения антенн промежуточные результаты в виде средней мощности сигнала в каналах приема:the squares of the modules - directly in blocks 6.1 and 6.3, forming after the expiration of N cycles of antenna switching intermediate results in the form of the average signal power in the receiving channels:
где r=1,where r = 1,
а взаимные произведения в блоке 6.2 - после определения модуля в устройстве 10.2:and mutual works in block 6.2 - after determining the module in device 10.2:
Кроме того, значения произведений (4) запоминают в регистре сдвига 9, а промежуточные результаты (5), (6) - в запоминающих ячейках 7.1-7.3.In addition, the values of the products (4) are stored in the
По завершении полного цикла обработки первого радиоизлучения (r=1) производят аналогичную обработку для второго идентифицируемого излучения (r=2). При этом приемник 2 может предварительно перестраиваться на новую частоту или оставаться на ранее установленной. Особенность второй половины процесса идентификации состоит в следующем. Во-первых, значения взаимных произведений 
Во-вторых, по завершении полного цикла переключения антенн при приеме второго радиоизлучения r=2, результаты усреднения, полученные для первого излучения r=1 и хранящиеся в ячейках 7.1.-7.3, усредняют по совокупности радиоизлучений путем суммирования в сумматорах 8.1-8.3.Secondly, at the end of the full antenna switching cycle when receiving the second radio emission r = 2, the averaging results obtained for the first radiation r = 1 and stored in cells 7.1.-7.3 are averaged over the totality of radio emissions by summing in the adders 8.1-8.3.
При этом на выходе сумматора 8.2 образуется величина:In this case, at the output of adder 8.2, the value is formed:
Из результатов усреднения, полученных в сумматорах 8.1, 8.3 после умножения в блоке 11 и извлечения квадратного корня в устройстве 12, образуется среднее геометрическое квадратов амплитуд:From the averaging results obtained in the adders 8.1, 8.3 after multiplying in block 11 and extracting the square root in the device 12, the geometric mean of the squares of the amplitudes is formed:
Если каналы приема идентичны, операция (9) заменяется средним арифметическим усреднением, для чего умножитель 11 заменяется сумматором, а устройство 12 - делителем на два.If the receiving channels are identical, operation (9) is replaced by arithmetic average averaging, for which the multiplier 11 is replaced by an adder, and the device 12 is replaced by a divider by two.
На завершающей стадии обработки выполнением вычитания Р2-Р3 в блоке 13.2 и Р1-Р3 в блоке 13.1 с последующим делением в делителе 14 образуют достаточную статистику:At the final processing stage, by subtracting P 2 -P 3 in block 13.2 and P 1 -P 3 in block 13.1, followed by dividing in the divider 14, sufficient statistics are formed:
которую в элементе 15 сравнивают с порогом.which in element 15 is compared with a threshold.
Решение о принадлежности излучений двум источникам принимают по превышении порога. В противном случае регистрируют один источник излучения.The decision on whether the radiation belongs to two sources is made when the threshold is exceeded. Otherwise, one radiation source is recorded.
Дальнейшее функционирование устройства происходит аналогично изложенному, при этом могут сохраняться данные второго источника (в блоках 7.1-7.3, 9), относительно которого будет выполняться последующая идентификация, или происходит полный цикл обработки с накоплением информации о новой паре радиоизлучений.Further operation of the device occurs similarly to the above, while the data of the second source (in blocks 7.1-7.3, 9) can be stored with respect to which subsequent identification will be performed, or a complete processing cycle will occur with the accumulation of information about a new pair of radio emissions.
При необходимости идентификации радиоизлучений одновременно на нескольких частотах схемы 4.1, 4.2 заменяются процессорами быстрого преобразования Фурье, как это выполнено в прототипе, с распараллеливанием дальнейших описанных операций обработки сигналов. Распараллеливание описанных операций обработки сигналов производится и для варианта применения приемного устройства с большим двух числом каналов.If it is necessary to identify radio emissions simultaneously at several frequencies, the circuits 4.1, 4.2 are replaced by fast Fourier transform processors, as was done in the prototype, with parallelization of the further described signal processing operations. Parallelization of the described signal processing operations is also carried out for the application of the receiving device with a large two number of channels.
Значение порога устанавливают фиксированным по критерию Неймана-Пирсона исходя из заданной вероятности правильной идентификации:The threshold value is set fixed by the Neumann-Pearson criterion based on a given probability of correct identification:
где W(Z) - плотность вероятности решающей статистики при наличии на входе излучений одного источника.where W (Z) is the probability density of the decisive statistics in the presence of radiation of one source at the input.
В соответствии с результатами анализа и моделирования, решающая статистика имеет β -распределение:In accordance with the results of analysis and modeling, the decisive statistics has a β-distribution:
где Г (.) - гамма-функция;where G (.) is the gamma function;
α =N/2; β =N-0,5 - при неидентичных каналах приема и α =(N-1)/2; β =N-1 - при использовании приемников с одинаковыми коэффициентами передачи.α = N / 2; β = N-0.5 - with non-identical reception channels and α = (N-1) / 2; β = N-1 - when using receivers with the same transmission coefficients.
Из формул (11), (12) видно, что решающая статистика определяется только числом N циклов переключения антенн (пар антенн) и вероятностью Р правильной идентификации, следовательно, и порог идентификации С зависит только от данных параметров, что упрощает процедуру его практического расчета и установки.It can be seen from formulas (11), (12) that the decisive statistics are determined only by the number N of antenna switching cycles (antenna pairs) and the probability P of correct identification, therefore, the identification threshold C depends only on these parameters, which simplifies the procedure for its practical calculation and installation.
При наличии на входе устройства излучений различных передатчиков решающая статистика определяется дополнительно значительным числом факторов: конфигурацией антенной системы, порядком переключения антенн, соотношением сигнал/шум, коэффициентами передачи приемников, направлениями на источники.If there are radiation from various transmitters at the input of the device, the decisive statistics are additionally determined by a significant number of factors: the configuration of the antenna system, the order of antenna switching, the signal-to-noise ratio, the transmission coefficients of the receivers, and the directions to the sources.
На фиг.2 приведен пример гистограммы w(Z) распределения решающей статистики для описанного устройства: сплошная линия при идентификации одного источника, пунктиром - при приеме сигналов двух источников. Число выборок при получении гистограммы равно 8000, квантование Z равномерное с дискретностью 0,01. Установлены следующие параметры: N=9; 
Из фиг.2 видны существенные различия статистических свойств величины Z при приеме сигналов от одного и различных источников, что и служит основой принятия решения в пороговом элементе 15.Figure 2 shows significant differences in the statistical properties of Z when receiving signals from one and various sources, which serves as the basis for decision-making in the threshold element 15.
На фиг.3 показана гистограмма распределения решающей статистики при условии: θ 1=θ 2=0° , 
Эффективность изобретения выражается в обеспечении идентификации радиоизлучений в условиях значительной априорной неопределенности о направлении прихода сигналов, их параметрах (амплитудах, фазах), интенсивности шумов в каналах приема, в том числе при различии коэффициентов передачи каналов. Вероятность правильного разделения излучений предлагаемым способом определяется выражением, аналогичным (11):The effectiveness of the invention is expressed in the identification of radio emissions under conditions of significant a priori uncertainty about the direction of arrival of the signals, their parameters (amplitudes, phases), noise intensity in the receiving channels, including when the transmission coefficients of the channels are different. The probability of correct separation of radiation by the proposed method is determined by the expression similar to (11):
где W(Z) - плотность вероятности решающей статистики при наличии на входе излучений различных передатчиков.where W (Z) is the probability density of the decisive statistics in the presence of radiation from various transmitters at the input.
Характеристики идентификации, в виде зависимости вероятности правильного разделения источников от направления на второй источник D(θ 2), обеспечиваемые предлагаемым способом при N=9, k2=1,1 и типичном для условий функционирования известных пеленгаторов отношений сигнал/шум в каждом канале приема, равном 10, полученные по результатам моделирования, показаны на фиг.3. Значения порога установлены исходя из параметров, указанных в формуле (12) для варианта неидентичных каналов: С=0,518 - для Р=0,90 и С=0,661 - для Р=0,99. Из представленных результатов видно, что при вероятности правильной идентификации не менее 0,9 способ обеспечивает эффективное разделение источников излучения (с вероятностью не менее 0,8) при различии направлений на источники излучения от 2 до 8° и изменении относительной базы R/λ от 3 до 1.Identification characteristics, in the form of the dependence of the probability of correct separation of sources on the direction to the second source D (θ 2 ), provided by the proposed method with N = 9, k 2 = 1.1 and typical for the operating conditions of known direction finders of signal-to-noise ratios in each receiving channel equal to 10 obtained by the simulation results are shown in figure 3. The threshold values are set based on the parameters specified in formula (12) for the variant of non-identical channels: C = 0.518 for P = 0.90 and C = 0.661 for P = 0.99. It can be seen from the presented results that, with a probability of correct identification of at least 0.9, the method provides effective separation of radiation sources (with a probability of at least 0.8) with a difference in directions to radiation sources from 2 to 8 ° and a change in the relative base R / λ from 3 to 1.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002133841/09A RU2236021C1 (en) | 2002-12-15 | 2002-12-15 | Radio-frequency emission identification method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002133841/09A RU2236021C1 (en) | 2002-12-15 | 2002-12-15 | Radio-frequency emission identification method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002133841A RU2002133841A (en) | 2004-07-10 |
| RU2236021C1 true RU2236021C1 (en) | 2004-09-10 |
Family
ID=33433284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002133841/09A RU2236021C1 (en) | 2002-12-15 | 2002-12-15 | Radio-frequency emission identification method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2236021C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461015C2 (en) * | 2010-10-27 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Direction finding method of radio signal sources with pseudorandom tuning of working frequency in short-wave band |
| US8723727B2 (en) | 2007-07-24 | 2014-05-13 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Slot antenna and RFID method |
-
2002
- 2002-12-15 RU RU2002133841/09A patent/RU2236021C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8723727B2 (en) | 2007-07-24 | 2014-05-13 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Slot antenna and RFID method |
| RU2461015C2 (en) * | 2010-10-27 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Direction finding method of radio signal sources with pseudorandom tuning of working frequency in short-wave band |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2098881B1 (en) | Detection and ranging device and detection and ranging method | |
| KR100336550B1 (en) | Direction finder and device for processing measurement results for the same | |
| WO2018089082A1 (en) | Systems and methods for direction finding using compressive sensing | |
| KR102183439B1 (en) | Method and apparatus for estimating direction of arrival using combined beamspace music and tma | |
| CN111132007B (en) | NB terminal high-precision positioning algorithm based on 5G/NB-IoT cluster node information fusion | |
| CN103017728B (en) | Method for determining direction vector of antenna array in interference environment | |
| Papageorgiou et al. | Fast direction-of-arrival estimation of multiple targets using deep learning and sparse arrays | |
| RU2696093C1 (en) | Method for adaptive identification of spectral components as belonging to signal of one radio-frequency source | |
| Bilgehan et al. | Fast detection and DOA estimation of the unknown wideband signal sources | |
| RU2236021C1 (en) | Radio-frequency emission identification method | |
| US6509729B2 (en) | Multiple simultaneous optical frequency measurement | |
| RU2696022C1 (en) | Method for adaptive spatial-multichannel detection of spectral components of signals of radio-frequency radiation sources | |
| US10151823B2 (en) | Method for passive approximate localization using frequency modulation and software defined radio | |
| US20060119514A1 (en) | Radio signal direction finder | |
| RU2294546C2 (en) | Method for identification of radio-radiation | |
| Ni et al. | Information-theoretic target localization with compressed measurement using FDA radar | |
| KR20190134893A (en) | Method of estimating direction of arrival of radar signal based on antenna array extrapolation and apparatus for the same | |
| CN114563756A (en) | Linear interpolation method for direction finding sample of dual-channel correlation interferometer | |
| RU2201599C1 (en) | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization | |
| Ejaz et al. | Comparison of spectral and subspace algorithms for FM source estimation | |
| RU2263926C2 (en) | Method of direction finding of radiosignal source | |
| RU2580933C1 (en) | Method of determining range to radio source | |
| RU2470315C1 (en) | Method for computer-interferometer detection-direction finding of radio signals with expanded spectrum | |
| Yurduseven et al. | Compressive Direction of Arrival Estimation with Wave-chaotic Antennas | |
| RU2696094C1 (en) | Method for increasing accuracy and reliability of direction finding during accumulation of spectral components of signals of radio emission sources |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051216 |