RU2285936C2 - Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation - Google Patents

Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation Download PDF

Info

Publication number
RU2285936C2
RU2285936C2 RU2004118131/09A RU2004118131A RU2285936C2 RU 2285936 C2 RU2285936 C2 RU 2285936C2 RU 2004118131/09 A RU2004118131/09 A RU 2004118131/09A RU 2004118131 A RU2004118131 A RU 2004118131A RU 2285936 C2 RU2285936 C2 RU 2285936C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
signal
time
wms
radio
Prior art date
Application number
RU2004118131/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004118131A (en
Inventor
Геннадий Георгиевич Вертоградов (RU)
Геннадий Георгиевич Вертоградов
Петр Николаевич Викулов (RU)
Петр Николаевич Викулов
Николай Макарович Иванов (RU)
Николай Макарович Иванов
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority to RU2004118131/09A priority Critical patent/RU2285936C2/en
Publication of RU2004118131A publication Critical patent/RU2004118131A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285936C2 publication Critical patent/RU2285936C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, possible use in passive radio control systems for detecting and determining parameters of a set of transmitters with leap-like frequency alternation, simultaneously present in current receipt frequencies band.
SUBSTANCE: in accordance to method, additional signs are used for identification of signals with leap-like frequency autocorrelation function and selective functions of durations distribution and value of frequency leaps of elements of signal frequency-time matrix, preliminarily selected from input flow of signals with use of spatial mutual correlation connections between separate frequency-time signal components.
EFFECT: increased efficiency of detection of determining of parameters frequency-time matrix, describing rule of leap-like frequency alternation; average signal energy; most likely value of durations of separate radiations; speed of leap-like frequency alternation, azimuth and elevation of transmitter.
6 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в пассивных системах радиоконтроля для обнаружения и определения параметров (частотно-временная матрица, энергия сигнала, скорость скачкообразного изменения частоты, азимут и угол места) множества передатчиков со скачкообразным изменением частоты (СИЧ), одновременно попадающих в текущую полосу частот приема.The invention relates to radio engineering and can be used in passive radio monitoring systems for detecting and determining parameters (time-frequency matrix, signal energy, rate of frequency hopping, azimuth and elevation angle) of a plurality of frequency hopping transmitters (SICH) simultaneously falling into the current reception frequency band.

С появлением и совершенствованием систем связи, локации, управления и других, использующих сигналы с СИЧ, излучаемая мощность которых псевдослучайным образом распределяется в частотно-временной области, возникают проблемы их эффективного радиоконтроля.With the advent and improvement of communication systems, locations, control, and others, using signals with WMS, the radiated power of which is pseudo-randomly distributed in the time-frequency domain, problems arise of their effective radio monitoring.

Известен способ обнаружения источников радиоизлучений с СИЧ [1], включающий прием сигнала широкополосным радиоприемным устройством, перенос на промежуточную частоту и деление сигнала на L смежных частотных каналов с использованием "гребенки" полосовых фильтров, оценивание в каждом частотном канале мощности принимаемого сигнала, сравнение полученного значения мощности с заранее установленным порогом для формирования бинарного сигнала, импульс которого соответствует превышению порога, а пауза между импульсами при не превышении, суммирование сформированных бинарных сигналов в каждой из двух смежных групп по L/2 каналов и сравнение суммарных сигналов этих двух групп для определения присутствия сигнала с СИЧ посредством низкочастотной фильтрации в полосе, согласованной с ожидаемой скоростью переключения частот сигнала с СИЧ.A known method of detecting radio frequency sources with WMS [1], including receiving a signal with a broadband radio receiver, transferring to an intermediate frequency and dividing the signal into L adjacent frequency channels using a “comb” of bandpass filters, estimating the received signal power in each frequency channel, comparing the received value power with a predetermined threshold for generating a binary signal, the pulse of which corresponds to exceeding the threshold, and the pause between pulses when not exceeding, total formation of the generated binary signals in each of two adjacent groups by L / 2 channels and comparing the total signals of these two groups to determine the presence of a signal with WMS by means of low-pass filtering in a band that is consistent with the expected switching frequency of the signal from WMS.

Этот способ в качестве признака наличия сигнала с СИЧ использует интенсивность потока моментов смены состояний сигнала (излучение и пауза между излучениями) в анализируемой полосе частот и обеспечивает обнаружение сигнала с СИЧ только при условии априорного знания скорости переключения частот. Кроме того, из максимально возможной пространственно-частотно-временной информации о сигнале в этом способе используется только частотно-временная информация, что приводит к снижению эффективности обнаружения источников радиоизлучения с СИЧ. Более того, этот способ не обеспечивает определение числа одновременно работающих в полосе приема передатчиков с СИЧ и их параметров.This method, as a sign of the presence of a signal with a WMS, uses the intensity of the flow of moments of a change in signal states (radiation and the pause between emissions) in the analyzed frequency band and provides detection of a signal with a WMS only if the a priori knowledge of the frequency switching frequency. In addition, from the maximum possible spatial-frequency-time information about the signal in this method, only the time-frequency information is used, which leads to a decrease in the detection efficiency of radio frequency sources with WMS. Moreover, this method does not provide a determination of the number of transmitters with WMS operating simultaneously in the reception band and their parameters.

Известен более совершенный способ обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты [2], принятый за прототип и включающий:A better method for detecting sources of radio waves with a frequency change [2], adopted as a prototype and including:

1. Прием временных сигналов xn(t) опорной антенной и всеми входящими в N-элементную решетку антеннами, где n=0, 1...N - номер антенны;1. Reception of temporary signals x n (t) by the reference antenna and all antennas included in the N-element array, where n = 0, 1 ... N is the antenna number;

2. Синхронное преобразование принятых сигналов xn(f) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала;2. Synchronous conversion of the received signals x n (f) into digital signals x n (z), where z is the number of time reference signal;

3. Скользящее во времени преобразование цифровых сигналов xn(z) для восстановления с заданной дискретностью по времени и частоте комплексной спектральной плотности

Figure 00000002
сигнала каждой антенны, где q - номер временного отрезка преобразования, 1≤q≤Q, a l - номер частотного канала, 1≤l≤L.3. Time-shifting conversion of digital signals x n (z) for reconstruction with a given discreteness in time and frequency of complex spectral density
Figure 00000002
the signal of each antenna, where q is the number of the conversion time interval, 1≤q≤Q, al is the number of the frequency channel, 1≤l≤L.

Другими словами, входные сигналы на каждом временном интервале разбиваются на частотные каналы.In other words, the input signals at each time interval are divided into frequency channels.

В результате выполнения этой операции формируется частотно-временная матрица (ЧВМ)

Figure 00000003
(N+1)-мерных векторов спектральных плотностей
Figure 00000004
с элементами
Figure 00000005
;As a result of this operation, a time-frequency matrix (FMM) is formed
Figure 00000003
(N + 1) -dimensional spectral density vectors
Figure 00000004
with elements
Figure 00000005
;

4. Перемножение на каждой дискретной частоте l комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны

Figure 00000006
и спектральных плотностей остальных антенн
Figure 00000005
для определения комплексной дискретной радиоголограммы
Figure 00000007
сигнала, зарегистрированного в q-м временном интервале.4. Multiplication at each discrete frequency l of the complex conjugate spectral density of the reference antenna
Figure 00000006
and spectral densities of the remaining antennas
Figure 00000005
for determining a complex discrete radio hologram
Figure 00000007
signal recorded in the qth time interval.

Эту операцию можно рассматривать как восстановление ЧВМ

Figure 00000008
комплексных дискретных радиоголограмм
Figure 00000009
, представляющих собой N-мерные векторы с элементами
Figure 00000010
;This operation can be considered as restoration
Figure 00000008
complex discrete radio holograms
Figure 00000009
representing N-dimensional vectors with elements
Figure 00000010
;

5. Определение комплексных коэффициентов пространственной взаимной корреляции радиоголограммы, полученной в каждом частотном канале, с радиоголограммами, полученными в остальных частотных каналах полосы приема в q-м временном интервале.5. Determination of the complex coefficients of spatial mutual correlation of the radio hologram obtained in each frequency channel with the radio holograms obtained in the remaining frequency channels of the reception band in the qth time interval.

В результате данной операции формируется блочная вектор-строка комплексных коэффициентов взаимной корреляции

Figure 00000011
, элементы которой описываются
Figure 00000012
, где
Figure 00000013
- нормированные элементы вектор-строки
Figure 00000014
с элементами
Figure 00000015
, а
Figure 00000016
- номер частотного канала, 1≤
Figure 00000016
≤L,
Figure 00000017
Figure 00000016
. При этом использовано обозначение скалярного произведения и нормы N-мерных комплексных векторов в виде
Figure 00000018
As a result of this operation, a block vector row is formed of complex cross-correlation coefficients
Figure 00000011
whose elements are described
Figure 00000012
where
Figure 00000013
- normalized elements of a row vector
Figure 00000014
with elements
Figure 00000015
, but
Figure 00000016
- number of the frequency channel, 1≤
Figure 00000016
≤L
Figure 00000017
Figure 00000016
. In this case, the notation of the scalar product and the norm of N-dimensional complex vectors is used in the form
Figure 00000018

6. Сравнение модулей коэффициентов корреляции

Figure 00000019
с порогом и объединение сигналов с частотами, на которых превышен порог, i-й сигнал, который идентифицируется как обнаруженный одночастотный сигнал с полосой частот δƒi, если полоса δƒi, непрерывна, или как многочастотный сигнал с полосой частот δƒi, если полоса δƒi дискретно непрерывна, принадлежащий одному передатчику с полосой частот δƒi, где i=1...Р, а Р - число обнаруженных передатчиков, из числа одновременно попадающих в текущую полосу приема на отдельном временном интервале;6. Comparison of the modules of the correlation coefficients
Figure 00000019
with a threshold and combining signals with frequencies at which the threshold is exceeded, the i-th signal, which is identified as a detected single-frequency signal with a frequency band δƒ i , if the band δƒ i , is continuous, or as a multi-frequency signal with a frequency band δƒ i , if the band δƒ i is discrete continuous, belonging to one transmitter with a frequency band δƒ i , where i = 1 ... P, and P is the number of transmitters detected, from the number simultaneously falling into the current reception band in a separate time interval;

7. Усреднение радиоголограммы i-го сигнала в полосе частот δƒi и получение усредненной радиоголограммы

Figure 00000020
где аl - двоичные числа (0, 1), отличные от нуля в полосе частот δƒi,
Figure 00000021
- индекс, соответствующий средней частоте сигнала с шириной спектра δƒi;7. Averaging the radio hologram of the ith signal in the frequency band δƒ i and obtaining the averaged radio hologram
Figure 00000020
where a l are binary numbers (0, 1) other than zero in the frequency band δƒ i ,
Figure 00000021
- the index corresponding to the average frequency of the signal with the width of the spectrum δƒ i ;

8. Использование усредненной радиоголограммы

Figure 00000022
i-го сигнала для определения реальной части его двумерного комплексного углового спектра
Figure 00000023
где dn(m, k) - диаграмма направленности n-й антенны, m=0...М-1 - текущий номер узла сетки по азимуту, М - число узлов по азимуту, k=0...К-1 - текущий номер узла сетки наведения решетки по углу места, К - число узлов по углу места, а
Figure 00000024
- модельная фазирующая функция, зависящая от конфигурации антенной решетки;8. Using the averaged radio hologram
Figure 00000022
ith signal to determine the real part of its two-dimensional complex angular spectrum
Figure 00000023
where d n (m, k) is the radiation pattern of the nth antenna, m = 0 ... M-1 is the current number of the grid node in azimuth, M is the number of nodes in azimuth, k = 0 ... K-1 - the current node number of the grid pointing the lattice in elevation, K is the number of nodes in elevation, and
Figure 00000024
- model phasing function, depending on the configuration of the antenna array;

9. Определение азимутального и угломестного пеленгов i-го сигнала, обнаруженного в полосе приема, по максимуму реальной части

Figure 00000025
двумерного комплексного углового спектра.9. Determination of azimuthal and elevation bearings of the i-th signal detected in the reception band, to the maximum of the real part
Figure 00000025
two-dimensional complex angular spectrum.

К недостаткам способа-прототипа относится:The disadvantages of the prototype method include:

- низкая эффективность обнаружения сигналов с СИЧ, одновременно попадающих в текущую полосу частот приема;- low detection efficiency of signals with WMS, simultaneously falling into the current frequency band of reception;

- низкая эффективность идентификации сигнала с СИЧ и измерения его адресных параметров (пеленга и частотно-временной матрицы переключения частот), обеспечивающих селекцию его сигнала на приемной стороне.- low efficiency of identifying the signal from the WMS and measuring its address parameters (bearing and time-frequency matrix of the frequency switching), providing selection of its signal on the receiving side.

Низкая эффективность обнаружения обусловлена тем, что способ-прототип обеспечивает локализацию априорно неизвестных сигналов только в частотной области. В то же время передатчик сигнала с СИЧ распределяет излучаемую мощность в двумерной, частотно-временной, области. В связи с этим из-за не согласованности приема наблюдаются потери мощности сигнала при обнаружении сигналов с СИЧ.The low detection efficiency is due to the fact that the prototype method provides the localization of a priori unknown signals only in the frequency domain. At the same time, a signal transmitter with WMS distributes the radiated power in a two-dimensional, time-frequency, region. In this regard, due to inconsistency in reception, signal power losses are observed when signals with WMS are detected.

Низкая эффективность идентификации сигнала с СИЧ и измерения его параметров обусловлена тем, что частотно-временная матрица переключения частот не определяется. Локализация неизвестных сигналов только в частотной области приводит к ошибкам идентификации сигналов с СИЧ, так как признак наличия распределенных по частоте максимумов присущ любому многочастотному сигналу. Кроме того, в результате операций взаимной корреляции одночастотных радиоголограмм все частотные составляющие полосы приема, имеющие близкие амплитудно-фазовые распределения или, что эквивалентно, имеющие близкие углы прихода, идентифицируются как сигнал, принадлежащий одному передатчику. При наличии нескольких передатчиков с совпадающим углом прихода также возникают ошибки идентификации.The low efficiency of identifying the signal from the WMS and measuring its parameters is due to the fact that the time-frequency frequency switching matrix is not determined. Localization of unknown signals only in the frequency domain leads to identification errors of signals with WMS, since the sign of the presence of frequency-distributed maxima is inherent in any multi-frequency signal. In addition, as a result of cross-correlation operations of single-frequency radio holograms, all frequency components of the reception band having close amplitude-phase distributions or, equivalently, having close angles of arrival, are identified as a signal belonging to one transmitter. If there are several transmitters with the same angle of arrival, identification errors also occur.

Повышение эффективности обнаружения и определения параметров источников радиоизлучений с СИЧ при использовании способа-прототипа можно обеспечить несколькими известными путями [2]:Improving the efficiency of detection and determination of parameters of sources of radio emissions from WMS when using the prototype method can be achieved in several well-known ways [2]:

1. Увеличением базы антенной решетки.1. An increase in the base of the antenna array.

2. Увеличением длительности интервала регистрации сигнала для повышения отношения сигнал/шум за счет накопления и выделения сигнала на фоне шумов.2. An increase in the duration of the signal registration interval to increase the signal-to-noise ratio due to the accumulation and separation of the signal against the background of noise.

Однако эти пути радикально не решают проблему, так как только частично повышают эффективность обнаружения и идентификации сигналов с СИЧ за счет улучшения разрешающей способности при корреляционном обнаружении нескольких сигналов и повышения отношения сигнал/шум только той части сигнала с СИЧ, которая попадает в один временной отрезок преобразования.However, these paths do not radically solve the problem, since they only partially increase the efficiency of detection and identification of signals with WMS due to improved resolution in the correlation detection of several signals and increase the signal-to-noise ratio of only that part of the signal with WMS that falls within one transformation time interval .

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения и определения параметров (частотно-временной матрицы, описывающей закон скачкообразного изменения частоты; средней энергии сигнала; наиболее вероятного значения длительности отдельных излучений; скорости скачкообразного изменения частоты, азимута и угла места передатчика) радиоизлучений множества передатчиков с СИЧ, одновременно попадающих в текущую полосу частот приема.The technical result of the invention is to increase the efficiency of detection and determination of parameters (time-frequency matrix describing the law of frequency hopping; average signal energy; the most probable value of the duration of individual emissions; speed of the frequency hopping, azimuth and elevation of the transmitter) of radio emissions from multiple transmitters with WMS, simultaneously falling into the current reception frequency band.

Повышение эффективности обнаружения и определения параметров источников радиоизлучений с СИЧ достигается применением вместо одномерной (частотной) двумерной (частотно-временной) корреляционной локализации сигналов, а также использованием дополнительных признаков идентификации сигналов с СИЧ: неизменности длительности и периода следования отдельных излучений и псевдослучайного закона скачков их частоты. Дополнительные признаки сигналов с СИЧ извлекаются восстановлением двумерной автокорреляционной функции (АКФ) и выборочных функций распределения длительностей (ФРД) и величины частотных скачков (ФРЧС) элементов сигнальной частотно-временной матрицы, предварительно выделенной из входного потока сигналов с использованием пространственных взаимных корреляционных связей между отдельными частотно-временными составляющими сигнала.An increase in the efficiency of detection and determination of parameters of sources of radio waves with WMS is achieved by using instead of one-dimensional (frequency) two-dimensional (time-frequency) correlation localization of signals, as well as by using additional signs of identification of signals from WMS: invariance of the duration and repetition period of individual emissions and the pseudorandom law of frequency jumps . Additional features of signals with WMS are extracted by reconstructing a two-dimensional autocorrelation function (ACF) and selective duration distribution functions (DFD) and frequency jumps (FRF) of the elements of the signal time-frequency matrix previously extracted from the input signal stream using spatial cross-correlation relationships between the individual frequency -time components of the signal.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты (СИЧ), включающем прием и синхронное преобразование в цифровую форму сигналов, принятых опорной антенной и всеми входящими в N-элементную решетку антеннами, скользящее во времени преобразование цифровых сигналов для восстановления с заданной дискретностью по времени и частоте комплексной спектральной плотности сигнала каждой антенны, перемножение комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны и спектральных плотностей остальных антенн для восстановления частотно-временной матрицы (ЧВМ) комплексных дискретных радиоголограмм, согласно изобретению формируют блочную ЧВМ комплексных коэффициентов корреляции восстановленных радиоголограмм, сравнивают модули коэффициентов корреляции с порогом, объединяют сигналы элементов ЧВМ, на которых превышен порог, в i-й обнаруженный сигнал и формируют бинарную частотно-временную матрицу (БЧВМ) его локализации, восстанавливают двумерную автокорреляционную функцию (АКФ) и выборочные функции распределения длительностей (ФРД) и частотных скачков (ФРЧС) элементов БЧВМ каждого i-го сигнала, определяют по степени концентрации АКФ и ФРД вблизи их максимальных значений, а также по степени размытости ФРЧС по частоте наличие источника с СИЧ в составе i-го сигнала, который предварительно идентифицируют как одиночный источник с СИЧ или входящий в состав группы источников других классов, а также находят по максимуму ФРД наиболее вероятное значение длительности его излучений, выделяют из БЧВМ i-го сигнала статистически связанные элементы измеренной длительности для получения БЧВМ локализации и идентификации излучений одиночного источника с СИЧ, усредняют одночастотные радиоголограммы в выделенной области локализации одиночного источника с СИЧ, преобразуют полученную многочастотную радиоголограмму по известному алгоритму для восстановления изображения двумерного углового спектра, по которому определяют угломестные и азимутальные координаты источника с СИЧ.The technical result is achieved by the fact that in the method of detecting radio frequency sources with frequency-hopping (SICH), which includes receiving and synchronizing digitally the signals received by the reference antenna and all antennas included in the N-element array, time-shifting conversion of digital signals for restoration with a given discreteness in time and frequency of the complex spectral density of the signal of each antenna, the multiplication of the complex conjugate spectral density of the reference ant data and spectral densities of the remaining antennas for reconstructing the time-frequency matrix (FWM) of complex discrete radio holograms, according to the invention form a block FWM of the complex correlation coefficients of the reconstructed radio holograms, compare the modules of the correlation coefficients with a threshold, combine the signals of the FWM elements at which the threshold is exceeded, in i- the detected signal and form a binary time-frequency matrix (BCHM) of its localization, restore the two-dimensional autocorrelation function (ACF) and selective The functions of the distribution of durations (DFD) and frequency jumps (DFPS) of the HFM elements of each i-th signal are determined by the degree of concentration of the ACF and HFD near their maximum values, as well as by the degree of fuzziness of the FFD in frequency, the presence of a source with MIS in the i-th signal , which is preliminarily identified as a single source with WMS or that is part of a group of sources of other classes, and also find the maximum probable value of the duration of its emissions from the maximum RDF, statistically related electrons are extracted from the I-th signal of the ith signal measures of the measured duration to obtain a BHFM localization and identification of radiation from a single source with WMS, average the single-frequency radio holograms in the selected region of localization of a single source with WMS, convert the resulting multi-frequency radio hologram according to the well-known algorithm for reconstructing the image of the two-dimensional angular spectrum, from which the source and azimuth coordinates of the source are determined from SICH.

Операции способа поясняются чертежами:The operation of the method is illustrated by drawings:

Фиг.1. Структурная схема устройства обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты.Figure 1. Block diagram of a device for detecting radio frequency sources with frequency hopping.

Фиг.2. Пример скользящего во времени восстановления комплексной спектральной плотности сигналов.Figure 2. An example of a time-moving reconstruction of the complex spectral density of signals.

Фиг.3. Структура блочной матрицы коэффициентов корреляции.Figure 3. The structure of the block matrix of correlation coefficients.

Фиг.4. Бинарные частотно-временные матрицы, описывающие частотно-временные области локализации сигналов:Figure 4. Binary time-frequency matrices describing time-frequency regions of signal localization:

а) передатчика с СИЧ;a) transmitter with WMS;

б) передатчика с СИЧ на фоне постоянно действующего передатчика с фиксированной частотой излучения.b) a transmitter with WMS against the background of a continuously operating transmitter with a fixed radiation frequency.

Фиг.5. Автокорреляционные функции бинарных частотно-временных матриц и их сечения:Figure 5. Autocorrelation functions of binary time-frequency matrices and their cross sections:

а), б), в) - передатчика с СИЧ;a), b), c) - a transmitter with WMS;

г), д), е) - передатчика с СИЧ на фоне постоянно действующего передатчика с фиксированной частотой излучения.d), e), f) - transmitter with WMS against the background of a constantly operating transmitter with a fixed radiation frequency.

Фиг.6. Выборочные функции распределения длительности и частотных скачков излучений:6. Selective functions of the distribution of duration and frequency jumps of radiation:

а), б) - передатчика с СИЧ;a), b) - transmitter with WMS;

в), г) - передатчика с СИЧ на фоне постоянно действующего передатчика.c), d) - a transmitter with WMS against the background of a constantly operating transmitter.

Согласно предлагаемому способу:According to the proposed method:

1. Принимают временные сигналы xn(t) опорной антенной и всеми входящими в N-элементную решетку антеннами, где n=0, 1...N - номер антенны;1. Receive temporary signals x n (t) by the reference antenna and all antennas included in the N-element array, where n = 0, 1 ... N is the antenna number;

2. Синхронно преобразуют принятые сигналы xn(t) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала;2. Synchronously convert the received signals x n (t) into digital signals x n (z), where z is the number of time reference signal;

3. Восстанавливают скользящим во времени преобразованием цифровых сигналов xn(z) с заданной дискретностью по времени и частоте комплексную спектральную плотность

Figure 00000005
сигнала каждой антенны, где q - номер временного отрезка преобразования, 1≤q≤Q, a l - номер частотного отсчета, 1≤l≤L.3. Restore the digital spectral signals x n (z), moving in time, with a given discreteness in time and frequency, the complex spectral density
Figure 00000005
the signal of each antenna, where q is the number of the conversion time interval, 1≤q≤Q, al is the number of the frequency reference, 1≤l≤L.

В результате выполнения этой операции формируется частотно-временная матрица (ЧВМ)

Figure 00000003
(N+1)-мерных векторов спектральных плотностей
Figure 00000026
с элементами
Figure 00000005
.As a result of this operation, a time-frequency matrix (FMM) is formed
Figure 00000003
(N + 1) -dimensional spectral density vectors
Figure 00000026
with elements
Figure 00000005
.

Восстановление спектральной плотности

Figure 00000005
возможно применением гребенки цифровых фильтров или, что, как правило, более эффективно с вычислительной точки зрения, алгоритма БПФ, реализующего дискретное Фурье-преобразование q-го временного отрезка сигнала каждой антенны
Figure 00000027
, где Ft{...} - оператор прямого дискретного Фурье-преобразования по времени.Spectral Density Recovery
Figure 00000005
it is possible to use a comb of digital filters or, which, as a rule, is more efficient from a computational point of view, an FFT algorithm that implements a discrete Fourier transform of the qth time segment of the signal of each antenna
Figure 00000027
, where F t {...} is the direct discrete Fourier transform operator in time.

Другими словами, на данном этапе входные сигналы разбиваются с заданной дискретностью по времени и частоте на частотные и временные каналы. Для обеспечения требуемой детальности восстановления спектральной плотности по времени q-й и (q+1)-й отрезки преобразования сигнала выбираются с необходимым перекрытием.In other words, at this stage, the input signals are divided with a given discreteness in time and frequency into frequency and time channels. To ensure the required detail in the reconstruction of the spectral density from time, the qth and (q + 1) th segments of the signal conversion are selected with the necessary overlap.

На фиг.2 представлена схема скользящего во времени восстановления комплексной спектральной плотности сигнала;Figure 2 presents a diagram of a time-moving reconstruction of the complex spectral density of the signal;

4. Перемножением комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны

Figure 00000028
и спектральных плотностей остальных антенн
Figure 00000005
восстанавливают ЧВМ
Figure 00000029
комплексных дискретных радиоголограмм
Figure 00000030
представляющих собой N-мерные векторы с элементами
Figure 00000031
4. Multiplication of the complex conjugate spectral density of the reference antenna
Figure 00000028
and spectral densities of the remaining antennas
Figure 00000005
restore hvm
Figure 00000029
complex discrete radio holograms
Figure 00000030
representing N-dimensional vectors with elements
Figure 00000031

5. Формируют блочную ЧВМ комплексных коэффициентов корреляции восстановленных радиоголограмм

Figure 00000032
размерностью Q2×L2. Для этого нормируют радиоголограммы
Figure 00000033
используя которые формируют частотно-временную матрицу нормированных радиоголограмм
Figure 00000034
и элементы блочной матрицы
Figure 00000035
в виде скалярного произведения
Figure 00000036
которое в развернутой форме имеет вид
Figure 00000037
где 1≤q'≤Q, 1≤l'≤L, l≠l', q≠q'.5. Form a block computer frequency complex complex correlation coefficients of reconstructed radio holograms
Figure 00000032
dimension Q 2 × L 2 . For this, radio holograms are normalized
Figure 00000033
using which form the time-frequency matrix of normalized radio holograms
Figure 00000034
and block matrix elements
Figure 00000035
as a scalar product
Figure 00000036
which in expanded form has the form
Figure 00000037
where 1≤q'≤Q, 1≤l'≤L, l ≠ l ', q ≠ q'.

Структура блочной матрицы коэффициентов корреляции представлена на фиг.3а, а структура ее элементов приведена на фиг.3б;The structure of the block matrix of correlation coefficients is presented in figa, and the structure of its elements is shown in figb;

6. Сравнением модулей коэффициентов корреляции (элементов матриц

Figure 00000038
) с порогом объединяют сигналы элементов ЧВМ, на которых превышен порог, в i-й сигнал, где i=1...P, P - число обнаруженных сигналов, отличающихся угловыми координатами, и формируют бинарную (двоичные числа аq,l: 1 - соответствует наличию излучения, а 0 - соответствует отсутствию излучения) частотно-временную матрицу (БЧВМ) Bi(q, l) его локализации, описывающую закон изменения частоты сигнала во времени.6. Comparison of the modules of the correlation coefficients (matrix elements
Figure 00000038
) the threshold combines the signals of the elements of the HFM, at which the threshold is exceeded, into the i-th signal, where i = 1 ... P, P is the number of detected signals that differ in angular coordinates, and form a binary (binary numbers a q, l : 1 - corresponds to the presence of radiation, and 0 - corresponds to the absence of radiation) the time-frequency matrix (MFW) B i (q, l) of its localization, which describes the law of the frequency of the signal in time.

Учитывая, что формирование коэффициентов корреляции

Figure 00000039
фактически сводится к корреляции пространственных амплитудно-фазовых распределений восстановленных спектральных плотностей, однозначно связанных с угловыми координатами приходящих сигналов, БЧВМ i-го сигнала может описывать частотно-временную область, занимаемую спектром сигнала одиночного передатчика или спектрами сигналов нескольких передатчиков с совпадающими угловыми координатами. Отсюда следует, что i-й сигнал в общем случае может быть групповым сигналом и содержать сигналы нескольких передатчиков, например, входящих в узел связи и функционирующих в различных режимах (режим СИЧ, непрерывное излучение на фиксированной частоте с различными видами узкополосной и широкополосной модуляции, импульсное излучение с ЛЧМ и т.д.).Given that the formation of correlation coefficients
Figure 00000039
in fact, it comes down to correlation of spatial amplitude-phase distributions of the reconstructed spectral densities, which are uniquely associated with the angular coordinates of the incoming signals, the I-signal MFD can describe the time-frequency domain occupied by the signal spectrum of a single transmitter or the signal spectra of several transmitters with matching angular coordinates. It follows that the i-th signal in the general case can be a group signal and contain the signals of several transmitters, for example, entering a communication node and operating in various modes (WMS mode, continuous radiation at a fixed frequency with various types of narrowband and broadband modulation, pulse radiation with chirp, etc.).

Примеры БЧВМ одиночного передатчика с СИЧ и БЧВМ нескольких передатчиков с совпадающими угловыми координатами (передатчик с СИЧ и передатчик, излучающий сигнал на фиксированной частоте) приведены соответственно на фиг.4а и фиг.4б.Examples of a single-transmitter BCHM with a WICH and a BCHM of several transmitters with matching angular coordinates (a transmitter with a WMS and a transmitter emitting a signal at a fixed frequency) are shown in FIGS. 4a and 4b, respectively.

Таким образом, на данном этапе входной поток сигналов разделяется по пространственному признаку. В анализируемой частотно-временной области будут обнаружены и выделены все сигналы, отличающиеся угловыми координатами. Кроме того, будут восстановлены частотно-временные области, занятые каждым i-м, в общем случае групповым, сигналом, объединяющим сигналы одного или нескольких передатчиков с одинаковыми угловыми координатами.Thus, at this stage, the input signal stream is separated by a spatial attribute. In the analyzed time-frequency domain, all signals differing in angular coordinates will be detected and highlighted. In addition, the time-frequency regions occupied by each ith, generally group, signal combining the signals of one or more transmitters with the same angular coordinates will be restored.

Для идентификации сигналов передатчика с СИЧ, входящих в состав i-го обнаруженного сигнала, необходима последующая обработка с целью выявления признаков, характеризующих излучение с СИЧ.To identify the transmitter signals from the WMS, which are part of the i-th detected signal, subsequent processing is necessary to identify signs characterizing the radiation from the WMS.

В основу операций последующей обработки сигналов положен тот факт, что отдельные частотные элементы сигнала с СИЧ имеют одинаковую длительность и излучаются в равноотстоящие моменты времени на различных частотах, распределенных псевдослучайным образом.The operations of the subsequent signal processing are based on the fact that the individual frequency elements of the WMS signal are of equal duration and are emitted at equally spaced time instants at different frequencies distributed in a pseudo-random manner.

В связи с этим для идеального сигнала с СИЧ двумерная автокорреляционная функция (АКФ) элементов БЧВМ должна иметь вид, близкий к двумерной δ-функции, выборочная функция распределения длительностей (ФРД) элементов БЧВМ должна иметь вид, близкий к одномерной δ-функции, а выборочная функция распределения частотных скачков (ФРЧС) элементов БЧВМ должна быть близка к функции равномерного распределения;In this regard, for an ideal signal with WMS, the two-dimensional autocorrelation function (ACF) of the BFM elements should have the form close to the two-dimensional δ-function, the selective distribution function of the durations (FRE) of the BFM elements should have the form close to the one-dimensional δ-function, and the selective the distribution function of frequency jumps (PSF) of the elements of the HFM should be close to the function of uniform distribution;

7. Восстанавливают двумерную автокорреляционную функцию (АКФ) и выборочные функции распределения длительностей (ФРД) и частотных скачков (ФРЧС) элементов БЧВМ Bi(q, l) i-го сигнала.7. Restore the two-dimensional autocorrelation function (ACF) and the sample distribution function of the durations (DFD) and frequency jumps (FERF) of the elements of the HFMB i (q, l) of the i-th signal.

Автокорреляционная функция может быть восстановлена прямыми вычислениями по формуле

Figure 00000040
или, что более эффективно, с применением быстрого алгоритма на основе БПФ.The autocorrelation function can be restored by direct calculations by the formula
Figure 00000040
or, more efficiently, using a fast FFT algorithm.

Примеры двумерной АКФ и выборочных ФРД и ФРЧС БЧВМ сигнала передатчика с СИЧ и БЧВМ группового сигнала нескольких передатчиков представлены соответственно на фиг.5 и фиг.6;Examples of two-dimensional ACF and selective FRD and FFCH of the HFM of the transmitter signal from the WMS and HFM of the group signal of several transmitters are presented in FIG. 5 and 6, respectively;

8. Определяют по степени концентрации АКФ и ФРД вблизи их максимальных значений и по степени размытости ФРЧС по частоте наличие источника с СИЧ, который предварительно идентифицируют как одиночный или входящий в состав группы источников других классов.8. Determine by the degree of concentration of ACF and RDF near their maximum values and by the degree of fuzziness of the PSF by the frequency of the presence of a source with WMS, which is previously identified as a single source or as part of a group of sources of other classes.

Степень концентрации АКФ вблизи ее максимального значения или, что то же самое, близость формы АКФ к форме двумерной δ-функции, может быть установлена различными алгоритмами. Например, может быть использован следующий алгоритм:The degree of ACF concentration near its maximum value or, which is the same, the proximity of the ACF form to the shape of a two-dimensional δ-function, can be established by various algorithms. For example, the following algorithm may be used:

- получают срез двумерной АКФ на заданном пороговом уровне от максимума АКФ (см. фиг.5б и фиг.5д). Моделированием установлено, что пороговый уровень должен выбираться равным 0.25-0.3;- get a slice of two-dimensional ACF at a given threshold level from the maximum of the ACF (see fig.5b and fig.5d). Modeling established that the threshold level should be chosen equal to 0.25-0.3;

- анализируют форму среза, и при наличии среза в форме единственного эллипса, размеры которого удовлетворяют условиям Δτ≤δτ и Δρ≤δρ, принимается решение о наличии сигнала с СИЧ, где Δτ - ширина эллипса во временной области, Δρ - ширина эллипса в частотной области, δτ и δρ - пороговые значения, выбираемые исходя из характерных параметров отдельных излучений сигнала с СИЧ (см. фиг.5в и фиг.5е).- analyze the shape of the slice, and if there is a slice in the form of a single ellipse, the dimensions of which satisfy the conditions Δτ≤δ τ and Δρ≤δ ρ , a decision is made on the presence of a signal with WMS, where Δτ is the width of the ellipse in the time domain, Δρ is the width of the ellipse in frequency domain, δ τ and δ ρ are threshold values selected on the basis of the characteristic parameters of individual emissions of the signal with WMS (see Fig.5B and Fig.5E).

Близость выборочной ФРД к одномерной δ-функции можно установить по наличию единственного максимума, превышающего порог (см. фиг.6а и фиг.6в). Значение порога выбирается по уровню вероятности, равному 0.5.The proximity of the selective FRD to the one-dimensional δ-function can be determined by the presence of a single maximum exceeding the threshold (see Fig. 6a and Fig. 6c). The threshold value is selected by the probability level equal to 0.5.

Близость выборочной ФРЧС к равномерному распределению можно установить по наличию нескольких (например, трех и более) максимумов, превышающих порог (см. фиг.6б и фиг.6г). Значение порога выбирается на уровне 0.5 от значения максимума ФРЧС;The proximity of the sample PSF to a uniform distribution can be determined by the presence of several (for example, three or more) maxima that exceed the threshold (see Fig.6b and Fig.6d). The threshold value is selected at the level of 0.5 of the maximum value of the PSF;

9. Находят наиболее вероятное значение длительности излучений i-го сигнала, соответствующее локальному максимуму выборочной ФРД;9. Find the most probable value of the duration of the radiation of the i-th signal corresponding to the local maximum of the selective FRD;

10. Выделяют из БЧВМ i-го сигнала статистически связанные элементы измеренной длительности, что автоматически формирует БЧВМ (двоичные числа bq, l) локализации излучений j-го передатчика с СИЧ, где j=1...J, J - число обнаруженных передатчиков, функционирующих в режиме СИЧ.10. Statistically related elements of measured duration are extracted from the I-signal signal of the ith signal, which automatically generates the B-frequency computer (binary numbers b q, l ) of radiation localization of the j-th transmitter with WMS, where j = 1 ... J, J is the number of detected transmitters operating in the WMS mode.

Для выделения из БЧВМ i-го сигнала статистически связанных элементов можно формировать временной строб по заднему фронту импульсов и отбирать те импульсы, передний фронт которых попадет в строб. Можно также формировать суммарный поток излучений, проецируя БЧВМ на временную ось, и отбирать смежные импульсы равной длительности.In order to extract statistically related elements from the I-signal of the ith signal, it is possible to form a time gate along the trailing edge of pulses and select those pulses whose leading edge will fall into the strobe. It is also possible to form the total radiation flux by projecting the BFM onto the time axis, and select adjacent pulses of equal duration.

Временное стробирование или формирование суммарного потока состояний обеспечивает выделение частотно-временных признаков сигнала с СИЧ. Это обусловлено тем фактом, что отдельные элементы сигнала с СИЧ имеют фиксированную длительность и передаются на различных частотах в последовательные моменты времени. В связи с этим проецирование БЧВМ на временную ось в условиях отсутствия шумов и помех приводит к формированию суммарного потока импульсов с фиксированными длительностями и периодом следования. Длительность пауз между импульсами также одинакова и, как правило, не превышает 10% от длительности импульса.Temporary gating or the formation of a total stream of states provides the allocation of time-frequency characteristics of the signal with WMS. This is due to the fact that the individual elements of the signal with WMS have a fixed duration and are transmitted at different frequencies at consecutive times. In this regard, the projection of a BFM onto the time axis in the absence of noise and interference leads to the formation of a total pulse stream with fixed durations and a repetition period. The duration of pauses between pulses is also the same and, as a rule, does not exceed 10% of the pulse duration.

С учетом малой длительности пауз между смежными во времени излучениями на отдельных частотах по длительности излучений получают оценку периода и, соответственно, оценку скорости скачкообразного изменения частоты передатчика с СИЧ.Given the short duration of pauses between time-adjacent emissions at individual frequencies, the duration of the emissions is used to obtain an estimate of the period and, accordingly, an estimate of the rate of the frequency-hopping transmitter with WMS.

На данном этапе также получают оценку средней энергии сигнала j-го передатчика с СИЧ по формуле

Figure 00000041
At this stage, they also get an estimate of the average signal energy of the j-th transmitter with WMS according to the formula
Figure 00000041

11. Усредняют одночастотные радиоголограммы в выделенной области локализации излучений j-го передатчика с СИЧ и получают усредненную многочастотную радиоголограмму

Figure 00000042
;11. Averaged single-frequency radio holograms in the selected area of localization of radiation of the j-th transmitter with WMS and get the averaged multi-frequency radio hologram
Figure 00000042
;

12. Преобразуют полученную многочастотную радиоголограмму

Figure 00000043
по известному алгоритму для восстановления изображения двумерного углового спектра, по которому определяют угломестные и азимутальные координаты j-го передатчика с СИЧ.12. Transform the resulting multi-frequency radio hologram
Figure 00000043
according to the well-known algorithm for reconstructing an image of a two-dimensional angular spectrum, which determines the elevation and azimuth coordinates of the j-th transmitter with WMS.

Изображение может быть восстановлено классическим алгоритмом формирования луча, описанным в [2], или алгоритмами, обеспечивающими повышенную разрешающую способность, например, алгоритмами, основанными на анализе собственных значений, MUSIC (multiple signal classification) и EV (eigenvector) [3], или алгоритмами, основанными на принципах регуляризации [4].The image can be reconstructed using the classical beamforming algorithm described in [2], or algorithms providing increased resolution, for example, algorithms based on the analysis of eigenvalues, MUSIC (multiple signal classification) and EV (eigenvector) [3], or algorithms based on the principles of regularization [4].

Таким образом, после повторения операций обработки сигналов по пунктам 7-12 из всех обнаруженных на этапах 1-6 сигналов (i=1...Р) будет идентифицированы все (j=1...J) передатчики с СИЧ, а также будут восстановлены их энергетические и адресные параметры. Другими словами, для каждого j-го передатчика с СИЧ будут определены: частотно-временная матрица (двоичные числа bq, l), описывающая закон скачкообразного изменения частоты; средняя энергия сигнала; наиболее вероятное значение длительности отдельных излучений; скорость скачкообразного изменения частоты, азимут и угол места передатчика.Thus, after repeating the signal processing operations in clauses 7-12, of all the signals (i = 1 ... P) detected at stages 1-6, all (j = 1 ... J) transmitters with WMS will be identified, and they will also be their energy and address parameters were restored. In other words, for each j-th transmitter with WMS, the following will be determined: the time-frequency matrix (binary numbers b q, l ), which describes the law of frequency hopping; average signal energy; the most probable duration of individual emissions; frequency hopping rate, azimuth and elevation angle of the transmitter.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, включает последовательно соединенные антенную систему 1, (N+1)-канальный преобразователь частоты 2, (N+1)-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель 4, блок корреляции 5, блок обнаружения 6, блок идентификации 7, блок измерения координат 8 и блок отображения 9. Второй вход блока 8 подключен к выходу блока 5.The device in which the proposed method is implemented includes a series-connected antenna system 1, (N + 1) -channel frequency converter 2, (N + 1) -channel analog-to-digital converter (ADC) 3, calculator 4, correlation block 5, block detection 6, identification unit 7, coordinate measurement unit 8 and display unit 9. The second input of block 8 is connected to the output of block 5.

Антенная система 1 содержит опорную антенну с номером n=0 и N антенн с номерами n=1...N, объединенных в решетку. Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной.The antenna system 1 contains a reference antenna with the number n = 0 and N antennas with the numbers n = 1 ... N, combined in a grid. The antenna array can be of any spatial configuration: flat rectangular, flat annular or three-dimensional, in particular conformal.

Преобразователь частоты 2 выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, во много раз превышающей ширину спектра одиночного сигнала передатчика. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов, что является основным условием интерферометрической (голографической) регистрации комплексных сигналов передатчиков.Frequency converter 2 is made with a common local oscillator and with a bandwidth of each channel many times greater than the spectrum width of a single transmitter signal. The common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception, which is the main condition for interferometric (holographic) registration of complex transmitter signals.

Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, при построении радиоизображения в KB диапазоне, то вместо преобразователя 2 может использоваться частотно-избирательный полосовой фильтр и усилитель. Другими словами, аналоговая часть устройства, реализующего предлагаемый способ, может быть построена по принципу прямого усиления.If the resolution and speed of the ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of the input signals, such as, for example, when constructing a radio image in the KB range, then a frequency-selective bandpass filter and amplifier can be used instead of converter 2. In other words, the analog part of the device that implements the proposed method can be built on the principle of direct amplification.

Кроме этого, преобразователь 2 обеспечивает калибровку по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. Это необходимо в связи с тем, что восстановление дискретных радиоголограмм, комплексных коэффициентов корреляции восстановленных радиоголограмм и радиоизображения требует выполнения двух, типичных для интерферометрической обработки, условий:In addition, the transducer 2 provides calibration according to the internal signal source. In this case, a noise generator can be used, the output of which can also be connected instead of all antennas for periodic calibration of channels. This is necessary due to the fact that the restoration of discrete radio holograms, complex correlation coefficients of reconstructed radio holograms and radio images requires the fulfillment of two conditions typical for interferometric processing:

- должны быть известны точные (с точностью до малых долей минимальной длины волны рабочего диапазона частот) координаты антенных элементов решетки относительно опорного элемента;- the exact (with accuracy to small fractions of the minimum wavelength of the working frequency range) coordinates of the antenna elements of the array relative to the reference element must be known;

- должны быть учтены набеги фаз в фидерах, если они различаются электрической длиной, и неидентичность и изменение во времени частотных характеристик комплексных коэффициентов передачи приемных трактов.- phase incursions in feeders should be taken into account, if they differ in electric length, and the non-identity and time variation of the frequency characteristics of the complex transmission coefficients of the receiving paths.

Первое из этих условий легко выполняется путем простых измерений геометрии решетки. Второе условие может быть выполнено выравниванием характеристик фидеров и трактов на этапе изготовления устройства или путем специальных калибровочных процедур по специальному внутреннему или внешнему источнику сигнала в процессе его функционирования, что и реализовано в предлагаемом устройстве.The first of these conditions is easily satisfied by simple measurements of the geometry of the lattice. The second condition can be fulfilled by aligning the characteristics of the feeders and paths at the stage of manufacturing the device or by special calibration procedures for a special internal or external source of the signal during its operation, which is implemented in the proposed device.

Блоки 7 и 8 могут быть выполнены в одноканальном или многоканальном вариантах. Многоканальный вариант обеспечивает максимальное быстродействие благодаря параллельной обработке всех обнаруженных в полосе приема (i=1...Р) и идентифицированных как СИЧ (n=1...J) сигналов.Blocks 7 and 8 can be made in single-channel or multi-channel versions. The multichannel version provides maximum performance due to parallel processing of all signals detected in the reception band (i = 1 ... P) and identified as WMS (n = 1 ... J).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Многочастотные временные сигналы xn(t) с выхода антенной системы 1 от опорного антенного элемента с номером n=0 и от всех антенн с номерами n=1...N, входящих в решетку, поступают на входы преобразователя 2 в полосе приема, во много раз превышающей ширину спектра одиночного сигнала передатчика, и когерентно переносятся на более низкую частоту.Multi-frequency time signals x n (t) from the output of the antenna system 1 from the reference antenna element with the number n = 0 and from all the antennas with the numbers n = 1 ... N included in the array are fed to the inputs of the converter 2 in the reception band many times the spectrum width of a single transmitter signal, and coherently transferred to a lower frequency.

С помощью АЦП 3 преобразованные по частоте сигналы xn(t) синхронно преобразуются в цифровые сигналы xn(z), где n - номер антенного элемента, a z - номер временного отсчета сигнала.Using ADC 3, the frequency-converted signals x n (t) are synchronously converted to digital signals x n (z), where n is the number of the antenna element, az is the time reference number of the signal.

В вычислителе 4 восстанавливается скользящим во времени преобразованием цифровых сигналов xn(z) с заданной дискретностью по времени и частоте комплексная спектральная плотность

Figure 00000005
сигнала каждой антенны, где q - номер временного отрезка преобразования, 1≤q≤Q, a l - номер частотного канала, 1≤l≤L. Для обеспечения требуемой детальности восстановления спектральной плотности по времени q-й и (q+1)-й отрезки преобразования сигнала выбираются с необходимым перекрытием. Восстановление спектральной плотности
Figure 00000005
выполняется с применением алгоритма БПФ, реализующего дискретное Фурье-преобразование q-го временного отрезка сигнала каждой антенны.In the calculator 4, the complex spectral density is reconstructed by a time-shifting conversion of digital signals x n (z) with a given discreteness in time and frequency
Figure 00000005
the signal of each antenna, where q is the number of the conversion time interval, 1≤q≤Q, al is the number of the frequency channel, 1≤l≤L. To ensure the required detail in the reconstruction of the spectral density from time, the qth and (q + 1) th segments of the signal conversion are selected with the necessary overlap. Spectral Density Recovery
Figure 00000005
performed using the FFT algorithm that implements the discrete Fourier transform of the qth time segment of the signal of each antenna.

В результате выполнения этой операции формируется частотно-временная матрица (ЧВМ) (N+1)-мерных векторов спектральных плотностей. Полученные в вычислителе 4 спектральные плотности передаются в блок 5.As a result of this operation, a time-frequency matrix (FWM) of (N + 1) -dimensional spectral density vectors is formed. The spectral densities obtained in calculator 4 are transmitted to block 5.

В блоке корреляции 5 перемножением комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны и спектральных плотностей остальных антенн восстанавливается ЧВМ одночастотных комплексных дискретных радиоголограмм. Радиоголограммы передаются в блок 8.In correlation block 5, by multiplying the complex conjugate spectral density of the reference antenna and the spectral densities of the remaining antennas, the FM of single-frequency complex discrete radio holograms is reconstructed. Radio holograms are transmitted to block 8.

Кроме того, радиоголограммы нормируются, после чего формируются частотно-временная матрица нормированных радиоголограмм и элементы блочной ЧВМ комплексных коэффициентов корреляции восстановленных радиоголограмм, которые поступают в блок 6.In addition, the radio holograms are normalized, after which the time-frequency matrix of normalized radio holograms and the elements of the block frequency modular complex correlation coefficients of the reconstructed radio holograms, which enter block 6, are formed.

В блоке 6 сравнением модулей коэффициентов корреляции с порогом объединяются сигналы элементов ЧВМ, на которых превышен порог, в i-й обнаруженный сигнал, и формируется бинарная частотно-временная матрица (двоичные числа аq, l), описывающая закон скачкообразного изменения частоты i-го сигнала во времени, где i=1...Р, Р - число обнаруженных сигналов, отличающихся угловыми координатами.In block 6, by comparing the modules of the correlation coefficients with the threshold, the signals of the HFM elements, at which the threshold is exceeded, are combined into the i-th detected signal, and a binary time-frequency matrix is formed (binary numbers q, l ), which describes the law of the frequency signal in time, where i = 1 ... P, P is the number of detected signals that differ in angular coordinates.

В блоке 7 выполняется параллельная обработка всех i=1...P обнаруженных сигналов. При этом с использованием полученных в блоке 6 бинарных частотно-временных матриц для каждого i-го сигнала:In block 7, parallel processing of all i = 1 ... P detected signals is performed. Moreover, using the binary time-frequency matrices obtained in block 6 for each i-th signal:

- восстанавливаются двумерная автокорреляционная функция и выборочные функции распределения длительностей и частотных скачков элементов бинарной частотно-временной матрицы;- the two-dimensional autocorrelation function and selective distribution functions of the durations and frequency jumps of the elements of the binary time-frequency matrix are restored;

- принимается решение о наличии сигнала с СИЧ, если одновременно выполняют три условия:- a decision is made about the presence of a signal with WMS if three conditions are simultaneously met:

форма среза двумерной автокорреляционной функции на заданном пороговом уровне имеет форму эллипса с размерами, удовлетворяющими условиям Δτ≤δτ и Δρ≤δρ;a slice shape of a two-dimensional autocorrelation function at a given threshold level has an ellipse shape with dimensions satisfying the conditions Δτ≤δ τ and Δρ≤δ ρ ;

в выборочной функции распределения длительностей имеется единственный максимум, превышающий порог;in the sampling function of the distribution of durations, there is a single maximum exceeding the threshold;

в выборочной функции распределения частотных скачков имеется более трех максимумов, превышающих порог;in the selective distribution function of the frequency jumps, there are more than three maxima that exceed the threshold;

- находится наиболее вероятное значение длительности излучений i-го сигнала, соответствующее локальному максимуму выборочной функции распределения длительностей;- the most probable value of the radiation duration of the i-th signal is found, corresponding to the local maximum of the sample duration distribution function;

- выделяются из бинарной частотно-временной матрицы i-го сигнала статистически связанные элементы измеренной длительности, то есть формируется бинарная частотно-временная матрица (двоичные числа bq, l), описывающая закон скачкообразного изменения частоты j-го передатчика с СИЧ, где j=1...J, J - число обнаруженных передатчиков, функционирующих в режиме СИЧ. Анализируя полученную бинарную матрицу, находят оценки периода и скорости скачкообразного изменения частоты j-го передатчика с СИЧ.- statistically related elements of measured duration are extracted from the binary time-frequency matrix of the ith signal, that is, a binary time-frequency matrix is formed (binary numbers b q, l ), which describes the law of the frequency-hopping transmitter of the j-th transmitter with WMS, where j = 1 ... J, J is the number of detected transmitters operating in the WMS mode. By analyzing the obtained binary matrix, estimates of the period and rate of the frequency-hopping transmitter of the jth transmitter with WMS are found.

В блоке 8 выполняется параллельная обработка всех j=1...J обнаруженных передатчиков, функционирующих в режиме СИЧ. При этом используются одночастотные радиоголограммы

Figure 00000044
, полученные в блоке 5, и бинарная частотно-временная матрица (двоичные числа bq, l) j-го передатчика с СИЧ, полученная в блоке 7. Для каждого j-го передатчика с СИЧ:In block 8, parallel processing of all j = 1 ... J detected transmitters operating in the WMS mode is performed. In this case, single-frequency radio holograms are used
Figure 00000044
obtained in block 5 and the binary time-frequency matrix (binary numbers b q, l ) of the j-th transmitter with WMS, obtained in block 7. For each j-th transmitter with WMS:

- получают оценку средней энергии Еj сигнала;- get an estimate of the average energy E j signal;

- усредняются в выделенной области локализации сигнала передатчика одночастотные радиоголограммы для получения усредненной многочастотной радиоголограммы

Figure 00000045
;- single-frequency radio holograms are averaged in the selected localization region of the transmitter signal to obtain an averaged multi-frequency radio hologram
Figure 00000045
;

- преобразуется радиоголограмма

Figure 00000045
по известному алгоритму для восстановления изображения двумерного углового спектра, по которому определяются угломестные и азимутальные координаты j-го передатчика.- the radio hologram is converted
Figure 00000045
according to the well-known algorithm for reconstructing an image of a two-dimensional angular spectrum, according to which the elevation and azimuth coordinates of the jth transmitter are determined.

В блоке 9 для повышения информативности отображаются параметры обнаруженных передатчиков с СИЧ, включая частотно-временную матрицу излучаемого сигнала и его энергию, скорость скачкообразного изменения частоты, а также азимут и угол места передатчика с использованием географической карты местности.In block 9, to increase the information content, the parameters of the detected transmitters with WMS are displayed, including the time-frequency matrix of the emitted signal and its energy, the frequency hopping rate, as well as the azimuth and elevation angle of the transmitter using a geographical map of the area.

Таким образом, способ обнаружения источников радиоизлучений с СИЧ за счет использования дополнительных признаков сигналов с СИЧ, извлекаемых благодаря восстановлению двумерной автокорреляционной функции и выборочных функций распределения длительностей и частотных скачков элементов частотно-временной матрицы сигнала, предварительно выделенных из входного потока сигналов с использованием взаимных корреляционных связей между отдельными частотно-временными элементами сигнала, позволяет повысить:Thus, the method for detecting sources of radio waves with WMS through the use of additional features of signals from WMS extracted due to the restoration of the two-dimensional autocorrelation function and selective distribution functions of the durations and frequency jumps of the elements of the time-frequency matrix of the signal previously extracted from the input signal stream using mutual correlation relationships between the individual time-frequency elements of the signal, allows to increase:

- эффективность обнаружения и различения множества сигналов, одновременно попадающих в текущую полосу частот приема;- the efficiency of detection and discrimination of multiple signals simultaneously falling into the current frequency band of reception;

- эффективность идентификации источников сигналов с СИЧ и измерения их адресных и энергетических параметров (частотно-временная матрица излучаемого сигнала и его энергия, скорость скачкообразного изменения частоты, длительность передачи, азимут и угол места передатчика).- the efficiency of identifying signal sources from WMS and measuring their address and energy parameters (frequency-time matrix of the emitted signal and its energy, frequency hopping rate, transmission duration, azimuth and transmitter elevation angle).

Источники информацииInformation sources

1. US, патент, 4956644, кл. G 01 S 3/02, 1990 г.1. US patent, 4956644, cl. G 01 S 3/02, 1990

2. RU, патент, 2190236, кл. G 01 S 5/04, 2002 г.2. RU, patent, 2190236, cl. G 01 S 5/04, 2002

3. Джонсон Д.Х. Применение методов спектрального оценивания к задачам определения угловых координат источников излучения // ТИИЭР. - 1982. - Т.70. №9. - С.126.3. Johnson D.H. Application of spectral estimation methods to problems of determining the angular coordinates of radiation sources // TIIER. - 1982. - T. 70. No. 9. - S.126.

4. Шевченко В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации // Радиотехника. - 2003. - №9. - С.3-10.4. Shevchenko V.N. Estimation of the angular position of sources of coherent signals based on regularization methods // Radio Engineering. - 2003. - No. 9. - C.3-10.

Claims (1)

Способ обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты (СИЧ), включающий прием и синхронное преобразование в цифровую форму сигналов, принятых опорной антенной и всеми входящими в N-элементную решетку антеннами, скользящее во времени преобразование цифровых сигналов для получения с заданной дискретностью по времени и частоте комплексной спектральной плотности сигнала каждой антенны, перемножение комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны и спектральных плотностей остальных антенн для формирования частотно-временной матрицы (ЧВМ) комплексных дискретных радиоголограмм, отличающийся тем, что формируют блочную ЧВМ комплексных коэффициентов корреляции сформированных комплексных дискретных радиоголограмм, сравнивают модули коэффициентов корреляции с порогом, объединяют сигналы элементов блочной ЧВМ, на которых превышен порог, в i-й обнаруженный сигнал и формируют бинарную частотно-временную матрицу (БЧВМ) локализации обнаруженного сигнала, вычисляют двумерную автокорреляционную функцию (АКФ) и выборочные функции распределения длительностей (ФРД) и частотных скачков (ФРЧС) элементов БЧВМ каждого i-го сигнала, определяют по степени концентрации АКФ и ФРД вблизи их максимальных значений, а также по степени размытости ФРЧС по частоте наличие источника с СИЧ в составе i-го сигнала, который предварительно идентифицируют как одиночный источник с СИЧ или входящий в состав группы источников других классов, а также находят по максимуму ФРД наиболее вероятное значение длительности его излучений, выделяют из БЧВМ i-го сигнала статистически связанные элементы найденной длительности для получения БЧВМ локализации и идентификации излучений одиночного источника с СИЧ, усредняют одночастотные радиоголограммы в выделенной области локализации одиночного источника с СИЧ для получения усредненной многочастотной радиоголограммы, преобразуют полученную многочастотную радиоголограмму для получения изображения двумерного углового спектра, по которому определяют угломестные и азимутальные координаты источника с СИЧ.A method for detecting radio frequency sources with frequency hopping (SICH), including receiving and synchronizing digitally the signals received by the reference antenna and all antennas included in the N-element array, time-shifting conversion of digital signals to obtain with a given discreteness in time and frequency the complex spectral signal density of each antenna, multiplying the complex conjugate spectral density of the reference antenna and the spectral densities of the remaining antennas for generating a time-frequency matrix (FWM) of complex discrete radio holograms, characterized in that a block FWM of complex correlation coefficients of the generated complex discrete radio holograms is formed, the modules of the correlation coefficients with a threshold are compared, the signals of the elements of the block FMS at which the threshold is exceeded are combined into the i-th detected signal and form a binary time-frequency matrix (MFM) of localization of the detected signal, calculate the two-dimensional autocorrelation function (ACF) and sample functions of The determination of the duration (PSF) and frequency jumps (PSF) of the BHF elements of each i-th signal is determined by the degree of concentration of the ACF and PSF near their maximum values, as well as by the degree of blur of the PSF in terms of frequency, the presence of a source with an SIC in the i-th signal, which are preliminarily identified as a single source with WMS or which is part of a group of sources of other classes, and also find the maximum probable value of the duration of its radiation from the maximum RDF, statistically related elements of the i-th signal are extracted duration to obtain a BHFM localization and identification of radiation from a single source with WMS, averaging single-frequency radio holograms in the selected region of localization of a single source with WMS to obtain an averaged multi-frequency radio hologram, transform the resulting multi-frequency radio hologram to obtain an image of a two-dimensional angular spectrum, from which the angular coordinates and azimuth are determined with SICH.
RU2004118131/09A 2004-06-15 2004-06-15 Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation RU2285936C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118131/09A RU2285936C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118131/09A RU2285936C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004118131A RU2004118131A (en) 2005-12-10
RU2285936C2 true RU2285936C2 (en) 2006-10-20

Family

ID=35868424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004118131/09A RU2285936C2 (en) 2004-06-15 2004-06-15 Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285936C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498324C1 (en) * 2012-04-23 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of detecting harmonic components and frequencies thereof in discrete signals
RU2535929C1 (en) * 2013-08-08 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Method of processing multicarrier signal in radar stations with external illumination

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498324C1 (en) * 2012-04-23 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of detecting harmonic components and frequencies thereof in discrete signals
RU2535929C1 (en) * 2013-08-08 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Method of processing multicarrier signal in radar stations with external illumination

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004118131A (en) 2005-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yoon et al. High-resolution through-the-wall radar imaging using beamspace MUSIC
US5990834A (en) Radar angle determination with music direction finding
US8121222B2 (en) Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals
US11131741B2 (en) Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar
RU2466419C1 (en) Method of classifying sonar echo signal
RU2413236C1 (en) Searching method of composite signals
RU2696093C1 (en) Method for adaptive identification of spectral components as belonging to signal of one radio-frequency source
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2286583C1 (en) Method for detection and localization of composite signals
RU2285936C2 (en) Method for detecting sources of radio radiations with leap-like frequency alternation
RU2571950C1 (en) Method for radio monitoring of radio-silent objects
RU2696022C1 (en) Method for adaptive spatial-multichannel detection of spectral components of signals of radio-frequency radiation sources
US20220392347A1 (en) Wireless mapping in real-time for autonomous vehicles using correlative passive receiver
Dubrovinskaya et al. Underwater direction of arrival estimation using wideband arrays of opportunity
RU2316018C1 (en) Method for detection of composite signals
RU2528391C1 (en) Method of searching for low-signature mobile objects
RU2309423C2 (en) Method of detection and direction finding of objects from radiation of their transmitters
McWhorter et al. Passive multi-channel detection: A general first-order statistical theory
RU2319976C1 (en) Method for search of composite signal transmitters
RU2316015C1 (en) Method for computer-interferometer localization of complex signals
Wu et al. Switched-element direction finding
RU2190236C2 (en) Method for detection and determination of two- dimensional bearing and frequency of radio emission sources
RU2733938C1 (en) Hydroacoustic information displaying method
RU2158002C1 (en) Method for radio monitoring
Riley et al. Power-aware acoustic processing

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130506

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140616