RU2285938C2 - Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью - Google Patents

Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью Download PDF

Info

Publication number
RU2285938C2
RU2285938C2 RU2004118231/09A RU2004118231A RU2285938C2 RU 2285938 C2 RU2285938 C2 RU 2285938C2 RU 2004118231/09 A RU2004118231/09 A RU 2004118231/09A RU 2004118231 A RU2004118231 A RU 2004118231A RU 2285938 C2 RU2285938 C2 RU 2285938C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
angular spectrum
angular
waves
Prior art date
Application number
RU2004118231/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004118231A (ru
Inventor
Николай Макарович Иванов (RU)
Николай Макарович Иванов
Яков Аронович Рейзенкинд (RU)
Яков Аронович Рейзенкинд
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственнное 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 "Государственнное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственнное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority to RU2004118231/09A priority Critical patent/RU2285938C2/ru
Publication of RU2004118231A publication Critical patent/RU2004118231A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2285938C2 publication Critical patent/RU2285938C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для восстановления изображений и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и угломестного направлений на источники волн различной природы: упругих волн в различных средах, в частности звуковых, волн на поверхности жидкости и электромагнитных волн. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пеленгования близко расположенных источников излучения когерентных сигналов волн различной природы. Повышение эффективности пеленгования близко расположенных источников излучения когерентных сигналов обеспечивается за счет применения алгоритма нелинейного псевдообращения, обеспечивающего оптимизацию операций нелинейной обработки сигналов на каждой итерации процесса восстановления радиоизображения (комплексного углового спектра) без использования параметра регуляризации. 2 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для восстановления изображений и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и угломестного направлений на источники волн различной природы: упругих волн в различных средах, в частности звуковых, волн на поверхности жидкости и электромагнитных волн.
Достижение теоретически предельной точности восстановления изображений и определения пространственных координат в условиях многолучевого распространения волн ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров среды распространения и несовершенством известных способов обработки сигналов, в настоящее время не решающих эффективно проблему пространственного разделения близко расположенных источников когерентных сигналов.
Известен способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью [1], включающий преобразование входных сигналов, принятых отдельными элементами антенной решетки, в цифровые данные, формирование оценочной ковариационной матрицы цифровых данных, разложение сформированной матрицы по собственным векторам, преобразование полученного разложения согласно одному из класса сверхразрешающих алгоритмов, основанных на анализе собственных значений, для определения направлений на источники, сигналы которых содержатся в цифровых данных.
В основу построения класса сверхразрешающих алгоритмов, основанных на анализе собственных значений соответствующих матриц, к которым принадлежат алгоритмы классификации MUSIC (multiple signal classification), EV (eigenvector), и др. [1], закладываются предположения о некоррелированности принимаемых сигналов. В связи с этим описанный способ теряет свою эффективность при решении задачи пеленгования когерентных сигналов близко расположенных источников. Другим недостатком данного способа является невозможность однозначного разделения собственных значений ковариационной матрицы на сигнальные и шумовые, что приводит к неоднозначности результатов и ошибкам пеленгования.
Известен способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью [2], свободный от этих недостатков и принятый за прототип. Согласно этому способу:
1. Принимают многолучевой сигнал многоэлементной антенной решеткой.
2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов xn(t), зависящих от времени и номера антенного элемента, в цифровые сигналы хn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.
3. Преобразуют цифровые сигналы xn(z) в сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000002
, описывающий распределение амплитуд и фаз на элементах решетки. Запоминают сигнал
Figure 00000002
.
4. Преобразуют сигнал АФР
Figure 00000002
по алгоритму псевдообращения в сигнал комплексного углового спектра
Figure 00000003
где
Figure 00000004
- предварительно сформированный и запомненный сигнал комплексной фазирующей функции, зависящий от заданной частоты приема и описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника,
Figure 00000004
+ - матрица, эрмитово сопряженная с
Figure 00000004
.
5. Используя сигнал
Figure 00000005
в качестве начального приближения, итерационно формируют зависящие от предыдущего решения взвешивающий сигнал
Figure 00000006
элемент вектора
Figure 00000007
ε - малое число, k=1, 2,... - номер итерации, и сигнал очередного приближения углового спектра
Figure 00000008
где γ - параметр регуляризации, до тех пор, пока энергия разности текущего и запомненного предыдущего угловых спектров не достигнет заданного малого значения.
6. По локальным максимумам углового спектра мощности
Figure 00000009
определяют азимут α и угол места β каждого луча приходящего сигнала.
Способ-прототип относится к классу итерационных способов (способов последовательных приближений) восстановления изображений с регуляризацией, в которых по известному приближению ищется следующее, более точное приближение. Совокупность описанных операций может рассматриваться как адаптивная коррекция искомого изображения (углового спектра) с нелинейной обратной связью по полезному сигналу. На отдельной итерации, включающей операции восстановления текущего углового спектра, основополагающими являются операции, реализующие нелинейное преобразование сигналов. При этом производится нелинейная фильтрация сигнала измеренного АФР
Figure 00000010
фильтром, характеристика
Figure 00000011
которого зависит от результата, полученного на предыдущей итерации
Figure 00000012
, и значения параметра регуляризации γ.
К недостаткам способа-прототипа относятся:
- сложность реализации оптимального синтеза углового спектра в связи с необходимостью подстройки параметра регуляризации γ в зависимости от случайных вариаций амплитуды входного сигнала;
- отсутствие линейной связи между уровнем модуля углового спектра и амплитудой входного сигнала, что снижает информативность пеленгования и не позволяет судить об уровне мощности, излучаемой источником сигнала;
- рассогласование синтезированного углового спектра
Figure 00000013
с наблюдаемыми данными
Figure 00000014
, то есть не выполнение соотношения
Figure 00000015
и, как следствие, нестрогость решения задачи синтеза углового спектра;
- большой объем вычислений, обусловленный необходимостью обработки больших массивов двумерных сигналов размерностью М×М при наиболее типичных значениях М~(103÷106), что приводит к росту вычислительных шумов, а также существенно осложняет реализацию синтеза углового спектра с повышенной разрешающей способностью в реальном масштабе времени.
Эти недостатки вытекают из фундаментальных основ построения способа-прототипа, основанного на принципах регуляризации, и в его рамках не могут быть устранены. Некоторое сокращение вычислительной сложности способа-прототипа может быть достигнуто применением оптимизированных вычислительных методов решения систем линейных уравнений с эрмитовой матрицей [3]. Однако такой путь радикально не решает проблему реализации способа-прототипа в реальном масштабе времени и, следовательно, не устраняет его последний недостаток.
Отмеченные недостатки существенно снижают эффективность способа-прототипа при пеленговании близко расположенных источников излучения когерентных сигналов различной волновой природы.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пеленгования близко расположенных источников излучения когерентных сигналов различной волновой природы.
Повышение эффективности пеленгования близко расположенных источников излучения когерентных сигналов достигается за счет применения алгоритма нелинейного псевдообращения, обеспечивающего оптимизацию операций нелинейной обработки сигналов на каждой итерации процесса восстановления радиоизображения (комплексного углового спектра) без использования параметра регуляризации.
Технический результат достигается тем, что в способе пеленгования с повышенной разрешающей способностью, включающем прием многолучевого сигнала многоэлементной антенной решеткой, синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал
Figure 00000014
, описывающий распределение амплитуд и фаз на элементах решетки, и его запоминание, преобразование сигнала полученного распределения
Figure 00000014
по алгоритму псевдообращения в сигнал комплексного углового спектра
Figure 00000016
где
Figure 00000017
- предварительно сформированный и запомненный сигнал комплексной фазирующей функции, описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника на заданной частоте приема,
Figure 00000018
- сигнал, эрмитово сопряженный с
Figure 00000019
использование сигнала
Figure 00000020
в качестве начального приближения, а также итерационное формирование зависящих от предыдущего решения взвешивающего сигнала
Figure 00000021
элемент вектора
Figure 00000022
ε - малое число, k=1, 2,... - номер итерации, и сигнала очередного приближения углового спектра
Figure 00000023
до тех пор, пока энергия разности сигналов текущего и запомненного предыдущего угловых спектров не достигнет заданного малого значения, после чего по локальным максимумам спектра мощности текущего углового спектра определяют азимуты α и углы места β выделенных лучей, согласно изобретению сигнал очередного приближения углового спектра формируют по формуле
Figure 00000024
Операции способа поясняются следующими чертежами:
Фиг.1. Структурная схема устройства пеленгования с повышенной
разрешающей способностью.
Фиг.2. Результаты моделирования процесса восстановления углового спектра с повышенной разрешающей способностью.
Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью осуществляется следующим образом:
1. Принимают многолучевой сигнал источника акустического или электромагнитного излучения антенной решеткой из N+1 элементов и формируют ансамбль сигналов хn(t), зависящих от времени t и номера антенного элемента n=0,...,N.
2. Синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов xn(t) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.
3. Преобразуют цифровые сигналы xn(z) в сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000025
, описывающий амплитуды и фазы сигналов, принятых элементами решетки. Запоминают сигнал АФР
Figure 00000026
.
Формирование сигнала АФР возможно применением ряда известных алгоритмов цифровой обработки сигналов во временной и частотной областях [2, 4].
При использовании корреляционно-интерферометрического алгоритма, обладающего рядом преимуществ, выполняют следующие действия [2]:
- формируют сигналы комплексных спектральных плотностей
Figure 00000027
цифровых сигналов xn(z), где Ft{...} - оператор дискретного Фурье-преобразования по времени, l - номер частотной дискреты, 1≤l≤L;
- перемножением и усреднением сформированных спектральных плотностей
Figure 00000028
и комплексно сопряженной спектральной плотности
Figure 00000029
сигнала, измеренного на опорной антенне решетки с номером n=0, восстанавливают АФР принятого сигнала в виде комплексного вектора
Figure 00000030
где ( )* - означает комплексное сопряжение.
4. Генерируют и запоминают идеальный двумерный сигнал
Figure 00000017
комплексной фазирующей функции размером N×М, зависящий от заданной частоты приема и описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника, где М - число угловых положений, соответствующих заданным потенциально возможным направлениям прихода сигналов по азимуту αm, и углу места βm,
Figure 00000031
- номер направления. Отдельный элемент двумерного сигнала
Figure 00000017
описывается соотношением
Figure 00000032
где rn, zn, αn - цилиндрические координаты антенных элементов решетки, λ - длина волны, соответствующая заданной частоте приема. Полагая в последнем соотношении rn=r, zn=0, получаем частный вид идеального сигнала, являющегося фазирующей функцией или вектором наведения плоской кольцевой антенной решетки.
5. Используя восстановленный вектор АФР
Figure 00000033
и сигнал фазирующей функции
Figure 00000034
, синтезируют по известному алгоритму псевдообращения начальное приближение углового спектра сигнала
Figure 00000035
которое запоминают для использования на очередной итерации.
При этом выполняют следующие действия:
- умножают идеальный двумерный сигнал
Figure 00000034
фазирующей функции на эрмитово сопряженный сигнал
Figure 00000036
и получают двумерный сигнал
Figure 00000037
- обращая матрицу полученного двумерного сигнала
Figure 00000038
формируют взвешивающий сигнал АФР
Figure 00000039
размерностью N×N;
- умножая восстановленный вектор АФР
Figure 00000033
на взвешивающий сигнал АФР
Figure 00000040
получают вектор взвешенного АФР
Figure 00000041
;
- умножая вектор взвешенного АФР
Figure 00000042
на сигнал фазирующей функции
Figure 00000043
, получают и запоминают
Figure 00000044
.
Если величину
Figure 00000045
рассматривать как нормировку, то синтезированное начальное приближение углового спектра
Figure 00000046
совпадает с угловым спектром, получаемым классическим формирователем луча
Figure 00000047
[2, 4]. Отсюда следует, что начальное приближение углового спектра сигнала
Figure 00000046
не обладает повышенной по сравнению с критерием Релея разрешающей способностью.
Описанные операции могут рассматриваться как нулевая итерация синтеза углового спектра сигнала. После ее выполнения начинается рабочий цикл последовательных (k=1,2,...) итераций синтеза.
6. Восстанавливают угловой спектр мощности
Figure 00000048
углового спектра сигнала
Figure 00000049
, k≥1, полученного на предыдущей итерации.
При восстановлении углового спектра мощности на первой итерации используется хранящееся в памяти начальное приближение углового спектра сигнала, то есть
Figure 00000050
при k=1, на второй итерации используется хранящееся в памяти приближение, полученное на первой итерации, то есть
Figure 00000051
при k=2 и т.д.
7. Возводя смещенное на малую положительную величину полученное приближение углового спектра мощности
Figure 00000048
в степень (1-р/2), формируют зависящий от предыдущего решения двумерный взвешивающий сигнал размером М×М в форме диагональной матрицы
Figure 00000052
элемент вектора
Figure 00000053
, ε - малое число.
Таким образом, на первой (k=1) и последующих (k=2,3,...) итерациях взвешивающий сигнал
Figure 00000054
выражается через сигнал углового спектра
Figure 00000055
, полученный на предыдущей итерации.
8. Используя полученный взвешивающий сигнал
Figure 00000056
и запомненные сигналы
Figure 00000057
и
Figure 00000058
, формируют взвешенный сигнал фазирующей функции
Figure 00000059
, сигнал весовых коэффициентов
Figure 00000060
, взвешивающий сигнал АФР
Figure 00000061
, вектор взвешенного АФР
Figure 00000062
и зависящий от предыдущего решения текущий угловой спектр сигнала
Figure 00000063
, который запоминают для использования на очередной итерации.
9. Сравнивают энергию разности угловых спектров
Figure 00000064
, полученных на текущей и предыдущей итерации, с порогом δ. Значение порога выбирается, например, из условия
Figure 00000065
.
10. При невыполнении условия
Figure 00000066
инициализируется очередная итерация синтеза углового спектра, на которой повторяются операции последовательного формированию сигналов
Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000069
Figure 00000070
запоминания
Figure 00000071
и сравнения энергии разности угловых спектров
Figure 00000064
с порогом δ.
11. При выполнении условия
Figure 00000066
восстанавливают спектр мощности
Figure 00000072
углового спектра сигнала
Figure 00000073
полученного на текущей итерации синтеза, по максимумам которого определяют азимут α и угол места β каждого луча принятого многолучевого сигнала.
12. Полученные двумерные пеленги (α,β) выделенных лучей отображаются на картографическом фоне, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.
Таким образом, учитывая, что сигнал
Figure 00000056
выражается через полученный на предыдущей итерации сигнал углового спектра
Figure 00000074
, текущий угловой спектр сигнала
Figure 00000075
также зависит от предыдущего решения
Figure 00000076
. В связи с этим предложенный способ реализует адаптацию с обратной связью по полезному сигналу.
Кроме того, учитывая, что сигнал
Figure 00000056
зависит от квадрата модуля углового спектра сигнала
Figure 00000077
, при формировании сигнала
Figure 00000056
и, следовательно, сигнала
Figure 00000075
слабые компоненты сигнала подавляются, а сильные усиливаются. Эта особенность лежит в основе повышения разрешающей способности синтеза.
В пределе, при ε→0, зависимость углового спектра
Figure 00000075
от амплитуды входного сигнала оказывается линейной, что повышает информативность пеленгования.
Для оценки сравнительной эффективности предложенного способа выполнено моделирование на ПЭВМ с процессором Celeron 2500 МГц с применением математического пакета Mathcard 2001 для следующих начальных условий: антенная решетка, состоящая из 11 элементов, эквидистантно расположенных по окружности диаметром 5,3λ, где λ -длина волны падающего излучения; число лучей падающего поля равно 2; отношение сигнал/шум на отдельном элементе решетки составляет 20 дБ; относительные амплитуды лучей равны 1 и 0,7 соответственно; углы прихода 10° и 12° в азимутальной плоскости, 0° и 0° в угломестной плоскости соответственно; p=0,03125; ε=10-14; δ=10-7; γ=0,01. С целью сокращения объема вычислений восстанавливалось только одно сечение азимутального углового спектра при нулевом значении угла места.
На фиг.2, кроме изображения углового спектра мощности
Figure 00000078
полученного по алгоритму псевдообращения и используемого в качестве начального приближения при итерационном синтезе (пунктирная кривая), представлены изображения углового спектра мощности
Figure 00000072
, восстановленные за время 2100 сек при использовании способа-прототипа (фиг.2,а, сплошная линия) и за время 2 сек при использовании предлагаемого способа (фиг.2,б, сплошная линия).
Как видно, предложенный способ обеспечивает такую же разрешающую способность при разделении двухлучевого поля в азимутальной плоскости, как и прототип, но превосходит его по быстродействию в 103 раз.
Рассмотрим работу устройства, реализующего предложенный способ, на примере пеленгования с повышенной разрешающей способностью когерентных сигналов источников электромагнитных волн.
Устройство, реализующее предложенный способ, содержит последовательно соединенные антенную решетку 1, (N+1)-канальный преобразователь частоты 2, (N+1)-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель 4 и блок управления и отображения 5. В свою очередь, вычислитель 4 содержит последовательно соединенные устройство восстановления АФР 6, блок синтеза углового спектра 7, блок сравнения 8, устройство формирования взвешивающего сигнала АФР 9 и блок генерации фазирующей функции 10. При этом выход устройства 9 соединен со вторым входом блока 7, выход блока 5 подключен к дополнительным входам преобразователя 2 и АЦП 3 и к входу блока 10.
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.
Преобразователь частоты 2 выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, соответствующей ширине спектра сигнала передатчика. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов, что является основным условием интерферометрической (топографической) регистрации комплексных сигналов передатчиков.
Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, при построении радиоизображения в KB диапазоне и в акустике, 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.
Кроме этого, преобразователь 2 обеспечивает подключение опорной антенны (n=0) вместо всех антенн решетки для периодической калибровки каналов по внешнему источнику сигнала с целью устранения их амплитудно-фазовой неидентичности. Возможна калибровка по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.
Устройство 6, устройство 9 и блок 7 могут быть реализованы в однопроцессорном и многопроцессорном вариантах.
В последнем случае в устройстве 6 реализуется параллельный способ обработки сигналов, принятых (N+1)-й антенной решетки, что примерно в (N+1) раз повысит быстродействие операций формирования сигнала АФР
Figure 00000079
. Многопроцессорный вариант реализации устройства 9 обеспечивает многократное повышение быстродействия матричных операций формирования сигнала фазирующей функции
Figure 00000080
(в M×N раз) и сигнала весовых коэффициентов
Figure 00000081
(в N×N раз). Многопроцессорный вариант реализации блока 7 ускорит формирование сигнала углового спектра
Figure 00000082
в М раз.
Работа устройства, реализующего предложенный способ, начинается после подачи управляющего сигнала с выхода блока 5 на входы преобразователя 2, АЦП 3 и блока 10.
После получения управляющего сигнала преобразователь 2 настраивается на заданную частоту приема, стартует АЦП 3, а блок 10 генерирует и запоминает сигнал
Figure 00000083
фазирующей функции, зависящий от заданной частоты приема и поступающий в блок 9.
В то же время принимаемые антенной системой 1 многолучевые сигналы переносятся на более низкую частоту в преобразователе 2. Сформированный в преобразователе 2 ансамбль сигналов xn(t) синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов xn(z). Цифровые сигналы xn(z) синхронно регистрируются в устройстве 6 вычислителя 4.
В устройстве 6 из цифровых сигналов xn(z) формируются сигналы комплексных спектральных плотностей
Figure 00000084
. Кроме того, в устройстве 6 перемножением сформированных спектральных плотностей
Figure 00000085
и комплексно сопряженной спектральной плотности опорной антенны
Figure 00000086
восстанавливается и запоминается АФР принятого сигнала в виде комплексного вектора
Figure 00000087
.
Одновременно с операциями формирования вектора
Figure 00000088
выполняются следующие действия.
Устройство 9, используя сигнал
Figure 00000089
, поступающий от блока 10, последовательно вычисляет сигналы
Figure 00000090
и
Figure 00000091
. Сигналы
Figure 00000089
и
Figure 00000092
поступают в блок 7.
Блок 7, используя восстановленный в устройстве 6 сигнал АФР
Figure 00000087
и поступающие от устройства 9 сигналы
Figure 00000093
и
Figure 00000094
, последовательно вычисляет сигнал взвешенного АФР
Figure 00000095
, умножая который на сигнал
Figure 00000096
синтезирует сигнал начального приближения углового спектра
Figure 00000097
Полученный в блоке 7 сигнал
Figure 00000098
начального приближения запоминается в блоке 8 и транслируется в устройство 9 для запоминания и инициализации очередной итерации с номером k=1.
В устройстве 9 с использованием сигнала углового спектра, полученного на предыдущей итерации, то есть
Figure 00000099
при k=1, формируется взвешивающий сигнал
Figure 00000100
После чего, формируются взвешенный сигнал фазирующей функции
Figure 00000101
сигнал весовых коэффициентов
Figure 00000081
и взвешивающий сигнал АФР
Figure 00000102
Сигналы
Figure 00000080
и
Figure 00000103
поступают в блок 7.
В блоке 7 с использованием сигналов
Figure 00000104
Figure 00000105
и восстановленного в устройстве 6 сигнала АФР
Figure 00000106
синтезируется сигнал текущего углового спектра
Figure 00000107
Полученный сигнал
Figure 00000108
поступает в блок 8.
В блоке 8 сигнал
Figure 00000109
запоминается для использования на следующей итерации. Кроме этого в блоке 8 энергия разности угловых спектров
Figure 00000110
, полученных на текущей и предыдущей итерации, сравнивается с заранее установленным фиксированным порогом δ.
При невыполнении условия
Figure 00000111
сигнал
Figure 00000109
поступает в устройство 9 для запоминания и инициализации очередной итерации синтеза углового спектра. После чего в блоках 9, 7 и 8 выполняется описанная ранее последовательность операций по формированию сигналов
Figure 00000112
,
Figure 00000080
,
Figure 00000113
Figure 00000114
запоминанию сигнала
Figure 00000115
и проверке выполнения условия
Figure 00000116
.
При выполнении условия
Figure 00000111
на первой итерации или условия
Figure 00000117
на итерации с номером k≥2 сигнал
Figure 00000118
из блока 8 поступает в блок 5.
13. В блоке 5 восстанавливается угловой спектр мощности
Figure 00000119
, по максимумам которого определяется азимут α и угол места β каждого луча принятого многолучевого сигнала. Полученные двумерные пеленги (α,β) выделенных лучей отображаются на картографическом фоне, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.
Физический смысл предлагаемого способа заключается в следующем.
Адаптивная итерационная процедура и нелинейная обработка сигналов на каждой итерации обеспечивает возможность извлечения дополнительной информации о тонкой структуре углового спектра анализируемого многолучевого волнового поля без использования параметра регуляризации и благодаря подстройке весовых коэффициентов и фазирующей функции (задержек наведения) в зависимости от направления наблюдения и характеристик анализируемого многолучевого поля, воспринимаемого элементами антенной решетки.
Если соотношение
Figure 00000120
рассматривать как характеристику фильтра, то видно, что его свойства не зависят от вариаций амплитуды сигнала
Figure 00000121
. Кроме того, поскольку взвешивающий сигнал
Figure 00000112
зависит от квадрата модуля сигнала
Figure 00000121
, нелинейная операция
Figure 00000122
обеспечивает подавление в сигнале фазирующей функции
Figure 00000123
тех направлений, в которых энергия сигнала мала, а нелинейная операция
Figure 00000124
ослабляет шумовые и усиливает сигнальные компоненты поля.
Таким образом, предложенный способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью за счет применения алгоритма нелинейного псевдообращения обеспечивает оптимизацию операций нелинейной обработки сигналов на каждой итерации процесса восстановления радиоизображения, в результате чего достигается:
- устранение влияния вариаций амплитуды входных данных на качество синтезируемого углового спектра и оценок пеленгов;
- линейность синтезируемого решения по амплитуде входного сигнала;
- полное согласование синтезированного углового спектра с измеренным АФР и, как следствие, строгость решения задачи синтеза;
- решение проблемы пеленгования коррелированных сигналов с повышенной разрешающей способностью в реальном масштабе времени благодаря многократному снижению размерности (N×N вместо М×М) обрабатываемых сигналов и соответствующему сокращению требуемого числа вычислительных операций (в (М/6,6N)3=(720×1/6,6×11)3≈103 раз для случая синтеза азимутального углового спектра с шагом, равным 0,5 градуса и в (720×180/6,6×11)3≈5,5×109 раз для случая синтеза углового спектра с тем же шагом по азимуту и углу места), что в совокупности повышает эффективность пеленгования близко расположенных источников излучения когерентных сигналов волн различной природы.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. US, патент, 6567034 В1. кл. G 01 S 7/36; G 01 S 13/00; G 01 S 5/02, 2003 г.
2. Шевченко В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации. // Радиотехника. - 2003. - №9. - С.3-10.
3. Василенко Г.И., Тараторкин А.М. Восстановление изображений. - М.: Радио и связь, 1986. - 304 с. ил.
4. Джонсон Д.Х. Применение методов спектрального оценивания к задачам определения угловых координат источников излучения. // ТИИЭР. - 1982. - Т.70. №9. - С.126.

Claims (1)

  1. Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью, включающий прием многолучевого сигнала многоэлементной антенной решеткой, синхронное преобразование ансамбля принятых сигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов в сигнал
    Figure 00000125
    описывающий распределение амплитуд и фаз на элементах решетки, и его запоминание, преобразование сигнала полученного распределения
    Figure 00000126
    по алгоритму псевдообращения в сигнал комплексного углового спектра
    Figure 00000127
    где
    Figure 00000128
    - предварительно сформированный и запомненный сигнал комплексной фазирующей функции, описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника на заданной частоте приема,
    Figure 00000129
    - сигнал, эрмитово сопряженный с
    Figure 00000130
    использование сигнала
    Figure 00000131
    в качестве начального приближения, а также итерационное формирование зависящих от предыдущего решения взвешивающего сигнала
    Figure 00000132
    Figure 00000133
    ε - малое число;
    k=1,2... - номер итерации,
    и сигнала очередного приближения углового спектра
    Figure 00000134
    до тех пор, пока энергия разности сигналов текущего и запомненного предыдущего угловых спектров не достигнет заданного малого значения, после чего по локальным максимумам спектра мощности текущего углового спектра определяют азимуты α и углы места β выделенных лучей, отличающийся тем, что сигнал очередного приближения углового спектра формируют по формуле
    Figure 00000135
RU2004118231/09A 2004-06-15 2004-06-15 Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью RU2285938C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118231/09A RU2285938C2 (ru) 2004-06-15 2004-06-15 Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118231/09A RU2285938C2 (ru) 2004-06-15 2004-06-15 Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004118231A RU2004118231A (ru) 2005-12-10
RU2285938C2 true RU2285938C2 (ru) 2006-10-20

Family

ID=35868435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004118231/09A RU2285938C2 (ru) 2004-06-15 2004-06-15 Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285938C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491569C2 (ru) * 2010-03-25 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью
RU2521959C1 (ru) * 2013-02-01 2014-07-10 Закрытое акционерное общество "ИРКОС" Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШЕВЧЕНКО В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации. Радиотехника. 2003, №9, с.3-10. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491569C2 (ru) * 2010-03-25 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью
RU2521959C1 (ru) * 2013-02-01 2014-07-10 Закрытое акционерное общество "ИРКОС" Амплитудный способ радиопеленгования и радиопеленгатор для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004118231A (ru) 2005-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Du et al. Review of user parameter-free robust adaptive beamforming algorithms
CN105676168B (zh) 一种声矢量阵方位估计方法
Bilik Spatial compressive sensing for direction-of-arrival estimation of multiple sources using dynamic sensor arrays
Das et al. Coherent multipath direction-of-arrival resolution using compressed sensing
Ibrahim et al. Design and analysis of compressive antenna arrays for direction of arrival estimation
CN110113085B (zh) 一种基于协方差矩阵重构的波束形成方法及系统
Sun et al. Robust adaptive beamforming based on a method for steering vector estimation and interference covariance matrix reconstruction
Wang et al. Adaptive beamforming with compressed sensing for sparse receiving array
RU2382379C2 (ru) Способ многосигнальной пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте
CN107966677B (zh) 一种基于空间稀疏约束的圆阵模态域方位估计方法
Chi Underwater Real-Time 3D Acoustical Imaging: Theory, Algorithm and System Design
Ang et al. Multiband grid-free compressive beamforming
RU2491569C2 (ru) Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью
CN111175727B (zh) 一种基于条件波数谱密度的宽带信号方位估计的方法
Liu et al. A low-complexity real-time 3-D sonar imaging system with a cross array
Li et al. Robust adaptive beamforming based on particle filter with noise unknown
RU2431862C1 (ru) Способ поляризационно-независимого пеленгования многолучевых радиосигналов
Hashimoto et al. Adaptive sidelobe cancellation technique for atmospheric radars containing arrays with nonuniform gain
RU2517365C2 (ru) Способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте
Nai et al. Adaptive beamspace processing for phased-array weather radars
RU2285938C2 (ru) Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью
RU2309422C2 (ru) Способ пеленгования многолучевых сигналов
Li et al. DOA estimation of underwater wideband signals based on improved OMP method
Liu et al. Deconvolving range profile for sonar imaging using stepped-frequency LFM pulses
Xenaki et al. Sparse DOA estimation with polynomial rooting

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