RU2385467C1 - Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов - Google Patents

Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов Download PDF

Info

Publication number
RU2385467C1
RU2385467C1 RU2008137365/09A RU2008137365A RU2385467C1 RU 2385467 C1 RU2385467 C1 RU 2385467C1 RU 2008137365/09 A RU2008137365/09 A RU 2008137365/09A RU 2008137365 A RU2008137365 A RU 2008137365A RU 2385467 C1 RU2385467 C1 RU 2385467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
rays
signals
polarization
afr
Prior art date
Application number
RU2008137365/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Геннадий Саулович Емельянов (RU)
Геннадий Саулович Емельянов
Николай Макарович Иванов (RU)
Николай Макарович Иванов
Виктор Сергеевич Онищенко (RU)
Виктор Сергеевич Онищенко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг")
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 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг")
Priority to RU2008137365/09A priority Critical patent/RU2385467C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2385467C1 publication Critical patent/RU2385467C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники многолучевых радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно числа лучей, поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пространственной локализации источников многолучевых радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно лучевой структуры, поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Повышение эффективности достигается за счет расширения поля физических признаков радиосигналов, используемых при поляризационно-чувствительной локализации многолучевого поля с неизвестным числом лучей на фоне шумов и помех, использования обобщенного критерия формы волнового фронта в качестве признака достоверности поляризационно-чувствительной локализации, применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки, обеспечивающих определение числа лучей, направлений прихода и вида поляризации каждого луча локализуемых радиосигналов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники многолучевых радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно числа лучей, поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.
Многолучевое распространение радиоволн представляет серьезную проблему при определении углов прихода и приводит к возникновению больших ошибок оценивания местоположения источника излучения.
Достижение теоретически предельной точности пространственной локализации источников радиоизлучений в условиях многолучевого распространения радиоволн с неизвестным числом лучей ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров радиосигналов и несовершенством известных способов их обработки. Известные способы в настоящее время, как правило, не определяют число лучей падающего поля и не учитывают при их селекции на фоне шумов и помех все возможные физические признаки радиосигналов: поляризационные, пространственные, временные (частотные) или корреляционные (определяемые формой сигнала).
Технологии пространственной локализации, учитывающие поляризацию радиосигналов, не получили достаточного распространения, несмотря на то, что при различии сигналов отдельных лучей многолучевого поля по поляризации появляется возможность разделения лучей даже в случае совпадения направлений их прихода.
Известен способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов [1], включающий
прием радиосигналов неизвестной поляризации малобазовой антенной решеткой, состоящей из магнитных антенн с совмещенными фазовыми центрами,
формирование ансамбля радиосигналов, зависящего от времени и номера антенны,
синхронное преобразование ансамбля принятых радиосигналов в цифровые сигналы,
преобразование цифровых сигналов пар противоположных антенн в комплексные квадратурные составляющие дипольного и квадрупольного выходных сигналов,
получение информации о направлении прихода радиосигналов по разности фаз сигналов квадратурных составляющих дипольного и квадрупольного выходных сигналов.
Данный способ обеспечивает повышенную устойчивость к поляризационным ошибкам. Однако этот способ относится к классу способов малобазового пеленгования, что является принципиальным ограничением на пути достижения потенциально возможных точностей пеленгования многолучевых радиосигналов с неизвестной поляризацией.
Известен способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов [2], свободный от этого недостатка и принятый за прототип. Согласно этому способу:
1) принимают многолучевой радиосигнал многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента;
2) синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы;
3) из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000001
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки;
4) запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000002
5) преобразуют сигнал измеренного АФР
Figure 00000003
по алгоритму псевдообращения в сигнал комплексного углового спектра
Figure 00000004
где
Figure 00000005
- сигнал комплексной фазирующей функции, описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника на заданной частоте приема,
Figure 00000006
- сигнал, эрмитово сопряженный с
Figure 00000007
6) используют сигнал
Figure 00000008
в качестве начального приближения, а так же итерационно формируют зависящие от предыдущего решения взвешивающие сигналы
Figure 00000009
- m-й элемент вектора
Figure 00000010
, ε - малое число, k=1,2,… - номер итерации, и сигнал очередного приближения углового спектра
Figure 00000011
до тех пор, пока энергия разности сигналов текущего и запомненного предыдущего угловых спектров не достигнет заданного малого значения;
7) после чего по локальным максимумам спектра мощности текущего углового спектра определяют азимуты α и углы места β выделенных лучей.
Способ-прототип реализует достаточно эффективный способ пеленгования, предусматривающий формирование распределения энергии многолучевых радиосигналов по пространству с повышенной разрешающей способностью. Однако данный способ ориентирован на обработку электромагнитного поля заданной поляризации, определяемой типом антенного элемента, например, горизонтально или вертикально расположенными электрическими вибраторами. При этом комплексная фазирующая функция
Figure 00000005
описывает возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника на заданной частоте приема и не зависит от поляризации пеленгуемых радиосигналов, что следует из выражения для ее n - ой составляющей
Figure 00000012
где rn, zn, αn - цилиндрические координаты n - ой антенны решетки, m - номер узла сетки наведения по азимуту α и углу места β, λ - длина волны, соответствующая заданной частоте приема.
Изменение ожидаемой поляризации пеленгуемого радиосигнала, например линейной вертикальной (при использовании вертикально расположенных электрических вибраторов) на круговую, приводит к потере чувствительности способа-прототипа на 3 дБ. Однако при пеленговании сигналов неизвестной поляризации способ-прототип, ориентированный на обработку электромагнитного поля определенной поляризации, дает большие погрешности пеленгования в случае, если поляризационные характеристики антенн пеленгационной решетки не согласованы с поляризацией падающих волн или антенны решетки расположены вблизи отражателей, которые могут изменить поляризацию. В связи с этим учет поляризации является необходимым условием для получения точных результатов пеленгования в сложных условиях многолучевого распространения радиоволн и при размещении антенной решетки пеленгатора на подвижных платформах (например, автомобилях, кораблях, самолетах).
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пространственной локализации источников многолучевых радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно лучевой структуры, поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.
Повышение эффективности пеленгования достигается за счет: расширения поля физических признаков радиосигналов, используемых при поляризационно-чувствительной локализации многолучевого поля с неизвестным числом лучей на фоне шумов и помех,
использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельных многолучевых волновых фронтов с учетом поляризации, в качестве признака достоверности поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевого поля с неизвестным числом лучей;
применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих благодаря согласованию принятого многолучевого радиосигнала и многолучевой фазирующей функции определение числа лучей, направлений прихода и вида поляризации каждого луча локализуемых радиосигналов.
Технический результат достигается тем, что в способе пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов, заключающемся в том, что принимают многолучевой радиосигнал многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000001
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000001
согласно изобретению формируют и запоминают для заданной частоты приема, возможного значения числа лучей в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту и углу места поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000013
итерационно увеличивая значение возможного числа лучей и используя соответствующие числу лучей сигналы фазирующей функции
Figure 00000014
преобразуют сигнал измеренного АФР
Figure 00000003
в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал
Figure 00000015
каждый раз определяют значение максимума обобщенного сигнала и соответствующее найденному максимуму значение аргумента, по аргументу находят азимутально-угломестные направления
Figure 00000016
прихода лучей, а по значениям АФР
Figure 00000003
и максимума обобщенного сигнала
Figure 00000017
определяют нормированный квадрат невязки
Figure 00000018
измеренного и модельного волновых фронтов, сравнивают значение невязки с порогом и при непревышении порога фиксируют по порядку модели волнового фронта число лучей в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления
Figure 00000019
выбирают соответствующие найденным направлениям
Figure 00000020
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000021
используя которые преобразуют сигнал АФР
Figure 00000003
в описывающий состояние поляризации сигнал
Figure 00000022
по которому определяют вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
Технический результат также достигается тем, что в способе пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов, заключающемся в том, что принимают многолучевой радиосигнал многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного АФР
Figure 00000001
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000001
согласно изобретению предварительно до начала приема радиосигналов формируют и запоминают для всех возможных частот приема, возможного значения числа лучей в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту и углу места поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000023
и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000024
а при приеме на заданной частоте, итерационно увеличивая значение возможного числа лучей и используя соответствующие числу лучей взвешивающие сигналы
Figure 00000025
преобразуют сигнал измеренного АФР
Figure 00000026
в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал по формуле
Figure 00000027
каждый раз по значению максимума обобщенного сигнала находят азимутально-угломестные направления прихода лучей, по значениям сигнала измеренного АФР и максимума обобщенного сигнала определяют число лучей в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления, а по значениям сигнала АФР и соответствующим найденным направлениям составляющим сигнала комплексной фазирующей функции получают описывающий состояние поляризации сигнал, по которому определяют вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
Это повышает быстродействие формирования обобщенного сигнала и, как следствие, всего цикла пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов.
Операции способа поясняются структурной схемой устройства пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов.
Рассмотрим работу устройства, реализующего способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов.
Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные антенную решетку 1, многоканальный преобразователь частоты 2, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель АФР 4, формирователь обобщенного сигнала 5, устройство оценки параметров 6, устройство управления и отображения 7 и формирователь фазирующей функции и взвешивающих сигналов 8. При этом первый вход формирователя 8 также соединен с входом преобразователя 2, а его выходы подключены к входам формирователя 5 и устройства 6. Кроме того, выход вычислителя АФР 4 также соединен со вторым входом устройства 6. Второй выход устройства 6 подключен к второму входу формирователя 8. Второй выход устройства 7 используется для соединения с внешними системами.
Антенная решетка 1 содержит N антенн с номерами
Figure 00000028
. Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной. Однако для улучшения различения сигналов не только по пространству, но и по поляризации требуется существенное различие поляризационных откликов антенн решетки, то есть антенная решетка должна быть неоднородной (гетерогенной), то есть иметь антенные элементы с отличающимися векторными диаграммами направленности.
Преобразователь частоты 2 выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, соответствующей ширине спектра радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов. Если разрядность и быстродействие АЦП 3 достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB диапазоне, то вместо преобразователя 2 могут использоваться частотно-избирательный полосовой фильтр и усилитель. Кроме этого преобразователь 2 обеспечивает подключение одной из антенн 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.
Вычислитель 4 содержит N процессоров БПФ, что обеспечивает одновременное вычисление комплексных спектров сигналов, принятых каждой из N антенн решетки, и тем самым - максимальное быстродействие.
Формирователь 5, устройство 6 и формирователь 8, как и вычислитель 4, реализованы по многопроцессорной схеме.
Устройство работает следующим образом.
По сигналу от устройства 7 значение заданной частоты приема поступает в преобразователь 2 и формирователь 8. Преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту приема, а в формирователе 8 для заданной частоты приема начинают формироваться и запоминаться поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000029
Figure 00000030
где М - число узлов сетки наведения одного луча.
Многолучевой радиосигнал на заданной частоте принимается антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом с номером n решетки 1 зависящий от времени t многолучевой радиосигнал xn(t) переносится на более низкую частоту в преобразователе 2.
Сформированный в преобразователе 2 ансамбль радиосигналов xn(t) синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала, который поступает в вычислитель 4.
В вычислителе 4 из цифровых сигналов xn(z) формируется и запоминается сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000031
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки.
Формирование сигнала измеренного АФР
Figure 00000003
возможно применением ряда известных алгоритмов цифровой обработки сигналов во временной и частотной областях. При использовании, например, корреляционно-интерферометрического алгоритма выполняют следующие действия [3]:
- формируют сигналы комплексных спектральных плотностей
Figure 00000032
цифровых сигналов xn(z), где Ft{…} - оператор дискретного Фурье-преобразования по времени, ℓ - номер дискреты по частоте, 1≤ℓ≤L;
- перемножением и усреднением сформированных спектральных плотностей
Figure 00000033
и комплексно сопряженной спектральной плотности
Figure 00000034
сигнала, измеренного на опорной антенне решетки с номером n=1, формируют сигнал измеренного АФР в виде комплексного вектора
Figure 00000035
где (·)* - означает комплексное сопряжение.
Отметим, что в результате данной операции обеспечивается сжатие спектра радиосигнала по частоте. В результате, энергия сигнала, распределенная в полосе частот приема, сворачивается в одну спектральную составляющую, чем обеспечивается повышение отношения сигнал/помеха.
Описанные операции могут рассматриваться как операции частотной и корреляционной селекции радиосигналов.
Сформированный сигнал измеренного АФР
Figure 00000003
поступает в формирователь 5 и устройство 6, где запоминается.
Одновременно в формирователе 8 для заданной частоты приема, возможного значения числа лучей К в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту
Figure 00000036
и углу места
Figure 00000037
где
Figure 00000038
- номер узла сетки для К лучей,
Figure 00000039
- номер узла одного луча,
Figure 00000040
- номер луча, формируются и запоминаются поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000014
.
Например, для случая двух лучей К=2 получаем, что индексы первого луча m1 и второго луча m2 независимо друг от друга пробегают значения m1=1,…,М и m2=1,…,М, а номер узла двумерной сетки ϑ пробегает значения ϑ=1,…,М2.
Идеальные сигналы представляют собой матрицы
Figure 00000041
размером N×2K. Элементы матрицы
Figure 00000023
- есть векторы-столбцы
Figure 00000042
и
Figure 00000043
полученные для поля одного падающего с m-го,
Figure 00000044
Figure 00000045
направления с горизонтальной
Figure 00000046
и вертикальной
Figure 00000047
поляризациями. Сигналы
Figure 00000048
и
Figure 00000049
могут быть получены аналитически. Например, при определении углов прихода пеленгуемых сигналов в форме плоской волны соотношение для составляющих сигнала
Figure 00000050
имеет следующий вид:
Figure 00000051
где
Figure 00000052
- комплексный отклик на горизонтальную (q=h) или вертикальную (q=v) составляющую падающего поля n - ой антенны решетки относительно системы координат, связанной с фазовым центром антенны, rn,zn,αn - цилиндрические координаты антенн решетки, λ - длина волны, соответствующая заданной частоте приема. Полагая в последнем соотношении rn=r, zn=0, получаем частный вид элементов матрицы идеального сигнала для случая плоской кольцевой антенной решетки.
В сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), более предпочтительным способом формирования сигналов многолучевой комплексной фазирующей функции является применение электродинамической модели радиопеленгатора [4].
Сформированные в формирователе 8 сигналы
Figure 00000053
комплексной фазирующей функции поступают в формирователь 5.
В формирователе 5, итерационно увеличивая значение возможного числа лучей К, то есть при значениях числа лучей К=1, К=2 и т.д., и используя соответствующие числу лучей К сигналы фазирующей функции,
Figure 00000054
поступившие от формирователя 8, преобразуется сигнал измеренного АФР
Figure 00000003
в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал
Figure 00000055
Формирование обобщенного сигнала
Figure 00000056
на каждой итерации (при каждом значении возможного числа лучей К) осуществляется на дискретной сетке путем выполнения в каждом узле сетки наведения с номером ϑ следующих действий для получения отдельных значений обобщенного сигнала
Figure 00000057
:
- умножается сформированный сигнал измеренного АФР
Figure 00000026
на эрмитово сопряженный идеальный сигнал
Figure 00000058
и получают сигнал
Figure 00000059
размерностью 2K×1, описывающий совокупность сфазированных сигналов каждого луча. Запоминают сигнал
Figure 00000060
;
- умножается эрмитово сопряженный идеальный сигнал
Figure 00000061
фазирующей функции на идеальный сигнал
Figure 00000053
и получается матричный сигнал
Figure 00000062
размерностью 2К×2К;
- обращается полученный сигнал
Figure 00000063
и формируется взвешивающий сигнал
Figure 00000064
;
- умножается запомненный сигнал
Figure 00000060
на взвешивающий сигнал
Figure 00000064
и получается сигнал
Figure 00000065
учитывающий режим поляризации каждого луча;
- умножается учитывающий режим поляризации каждого луча сигнал
Figure 00000065
на сигнал, эрмитово сопряженный запомненному сфазированному сигналу каждого луча
Figure 00000060
, и получается обобщенный сигнал
Figure 00000066
,
где αϑ, βϑ - К - мерные векторы с элементами
Figure 00000067
который в развернутой форме имеет следующий вид
Figure 00000068
- определяется значение максимума обобщенного сигнала
Figure 00000069
и находится соответствующее найденному максимуму значение аргумента
Figure 00000070
;
- по аргументу находятся азимутально-угломестные направления
Figure 00000071
прихода лучей
Figure 00000072
Полученные значения максимума обобщенного сигнала
Figure 00000056
и азимутально-угломестных направлений прихода лучей
Figure 00000071
поступают в устройство 6.
В устройстве 6 на каждой итерации выполняются следующие действия:
- по значениям сигнала измеренного АФР
Figure 00000073
поступившего от вычислителя 4, и максимума обобщенного сигнала
Figure 00000056
, поступившего от формирователя 5, определяется нормированный квадрат невязки измеренного и модельного волновых фронтов по формуле
Figure 00000074
Отметим, что значения измеренного АФР
Figure 00000075
характеризуют измеренный волновой фронт, а значение максимума обобщенного сигнала
Figure 00000069
при найденных азимутально-угломестных направлениях
Figure 00000071
характеризует поляризационно-зависимый К-лучевой модельный волновой фронт;
- сравнивается значение невязки
Figure 00000076
с порогом Δ0 Значение порога Δ0 выбирается исходя из минимизации вероятности ложной тревоги;
- при непревышении порога Δ0, то есть при выполнении условия
Figure 00000077
фиксируют по порядку модели поляризационно-зависимого волнового фронта число лучей
Figure 00000078
в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления
Figure 00000071
.
Эти операции могут рассматриваться как операции поляризационной и пространственной селекции радиосигналов.
Найденные значения азимутально-угломестных направлений
Figure 00000079
прихода лучей поступают в формирователь 8.
В формирователе 8 выбираются соответствующие найденным направлениям
Figure 00000079
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000080
и передаются в устройство 6.
В устройстве 6 соответствующие найденным направлениям
Figure 00000079
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000080
используются при преобразовании сигнала АФР
Figure 00000081
в описывающий состояние поляризации сигнал
Figure 00000082
по которому определяется вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
При этом
Figure 00000083
вектор-столбец, определяющий режим поляризации сигнала k-го луча, а
Figure 00000084
и
Figure 00000085
- найденные комплексные коэффициенты поляризации сигнала k-го луча, а вид поляризации принятого радиосигнала находится следующим путем:
- по найденным значениям
Figure 00000086
и
Figure 00000087
находится третья компонента
Figure 00000088
полного комплексного вектора поляризации
Figure 00000089
по формуле
Figure 00000090
если
Figure 00000091
и
Figure 00000092
если
Figure 00000093
- находится длина реальной части полного вектора поляризации
Figure 00000094
- находится вектор, перпендикулярный векторам
Figure 00000095
и
Figure 00000096
- находятся компоненты разложения комплексного вектора поляризации
Figure 00000097
по векторам kk и qk путем вычисления комплексных скалярных произведений kk
Figure 00000098
и qk
Figure 00000098
;
- определяются полуоси эллипса поляризации и угол их наклона относительно выбранной системы координат согласно формулам, приведенным в [5, с.15 9-160].
Полученное значение числа лучей
Figure 00000099
в принятом радиосигнале, соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления прихода
Figure 00000100
и
Figure 00000101
а также параметры, описывающие состояние
Figure 00000102
и вид поляризации каждого луча принятого радиосигнала поступает в устройство 7 для отображения на картографическом фоне, а также во внешние системы, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.
Устройство, реализующее способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов с повышенным быстродействием, по структуре совпадает со схемой, представленной на чертеже, и работает следующим образом.
В формирователе 8 предварительно до начала приема радиосигналов формируются и запоминаются для всех возможных частот приема, возможного значения числа лучей К в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту
Figure 00000103
и углу места
Figure 00000104
поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000054
и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000105
Идеальные сигналы представляют собой матрицы
Figure 00000106
размером N×2K. Элементы матрицы
Figure 00000054
есть векторы-столбцы
Figure 00000107
и
Figure 00000108
полученные для поля одного падающего с m-го,
Figure 00000109
направления с горизонтальной
Figure 00000110
и вертикальной
Figure 00000111
поляризациями.
Учитывая, что в данном случае идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000054
формируются предварительно до начала приема радиосигналов, они могут быть также получены, кроме аналитического способа и способа электродинамического моделирования, экспериментальной калибровкой пеленгатора на этапе его ввода в эксплуатацию. В сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), экспериментальная калибровка пеленгатора является наиболее эффективным способом обеспечения высокой точности пеленгования [6].
Устройство 7 генерирует сигнал начала приема на заданной частоте, который поступает в формирователь 8 и преобразователь 2.
В формирователе 8 выбираются соответствующие заданной частоте приема поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000054
комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000112
.
Выбранные сигналы
Figure 00000054
и
Figure 00000113
передаются в формирователь 5, где запоминаются.
Одновременно по сигналу начала приема от устройства 7 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту.
Многолучевой радиосигнал на заданной частоте так же, как описано ранее, принимается антеннами решетки 1, переносится на более низкую частоту в преобразователе 2 и преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов. В вычислителе 4 из цифровых сигналов формируется сигнал комплексного АФР
Figure 00000114
Сигнал измеренного АФР
Figure 00000081
поступает в формирователь 5 и устройство 6, где запоминается.
В формирователе 5, итерационно увеличивая значение возможного числа лучей К и используя соответствующие числу лучей К взвешивающие сигналы
Figure 00000113
, поступившие от формирователя 8, сигнал измеренного АФР
Figure 00000081
преобразуется в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал
Figure 00000115
Данная операция преобразования сигнала измеренного АФР
Figure 00000081
является ключевой в повышении быстродействия поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, так как формирование обобщенного сигнала по формуле
Figure 00000116
требует более чем в 2,5 раза больше операций, чем по формуле
Figure 00000117
Это достигнуто благодаря введению операций предварительного, до начала приема радиосигнала, формирования и запоминания для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту
Figure 00000118
и углу места
Figure 00000119
поляризационно-зависимых комплексных взвешивающих сигналов
Figure 00000112
.
Кроме того, в формирователе 5 на каждой итерации выполняются следующие действия:
- определяется значение максимума обобщенного сигнала
Figure 00000056
и находится соответствующее найденному максимуму значение аргумента;
- по аргументу находятся азимутально-угломестные направления прихода лучей
Figure 00000120
Полученные значения максимума обобщенного сигнала
Figure 00000121
и азимутально-угломестных направлений прихода лучей
Figure 00000122
поступают в устройство 6.
В устройстве 6 на каждой итерации по значениям сигнала измеренного АФР
Figure 00000123
поступившего от вычислителя 4, и максимума обобщенного сигнала
Figure 00000124
поступившего от формирователя 5, определяется число лучей
Figure 00000078
в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления
Figure 00000125
и
Figure 00000126
Найденные значения азимутально-угломестных направлений
Figure 00000079
прихода лучей поступают в формирователь 8, в котором выбираются соответствующие найденным направлениям
Figure 00000079
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000127
и передаются в устройство 6. После этого в устройстве 6 соответствующие найденным направлениям
Figure 00000079
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000128
используются при преобразовании сигнала АФР
Figure 00000081
в описывающий состояние поляризации сигнал
Figure 00000129
по которому определяется вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
Полученное значение числа лучей
Figure 00000130
соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления прихода
Figure 00000131
и,
Figure 00000132
a также параметры, описывающие состояние
Figure 00000102
и вид поляризации каждого луча принятого радиосигнала, поступают в устройство 7 для отображения на картографическом фоне, а также во внешние системы, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.
Из приведенного описания следует, что устройство, содержащее антенную решетку, многоканальный преобразователь частоты, многоканальный АЦП, вычислитель АФР, формирователь обобщенного сигнала, устройство оценки параметров, формирователь фазирующей функции и взвешивающего сигнал, а также устройство управления и отображения, реализует современную технологию пеленгования, которая может рассматриваться как совместная подгонка параметров модели как по направлению прихода, так и по виду поляризации пеленгуемых многолучевых радиосигналов.
По сравнению с прототипом предложенный способ обеспечивает, как минимум, 3 дБ выигрыш по чувствительности. Кроме того, в сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах), предложенный способ обеспечивает существенное повышение точности и достоверности пеленгования за счет дополнительной селекции принятых многолучевых радиосигналов по поляризации.
Таким образом, способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов обеспечивает повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех за счет:
1) расширения поля физических признаков радиосигналов, используемых при поляризационно-чувствительной локализации многолучевого поля с неизвестным числом лучей на фоне шумов и помех. Поляризационный признак дополняет используемые в прототипе пространственный, временной (частотный) и корреляционный признаки;
2) использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельных многолучевых волновых фронтов с учетом поляризации в качестве признака достоверности поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевого поля с неизвестным числом лучей. Это снижает аномально большие ошибки пеленгования радиосигналов многолучевого поля в условиях априорной неопределенности;
3) применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, включающих формирование поляризационно-зависимых сигналов комплексной фазирующей функции и их использование при преобразовании сигнала АФР в многомерный обобщенный сигнал и обеспечивающих благодаря согласованию принятого многолучевого радиосигнала и многолучевой фазирующей функции определение числа лучей, направлений прихода и вида поляризации каждого луча локализуемых радиосигналов, благодаря чему удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. US, патент, 5 032 844, кл. G01S 5/04, 1991 г.
2. RU, патент, 2 285 938, кл. G01S 5/04, 2006 г.
3. Шевченко В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации // Радиотехника. - 2003. - №9. - С.3-10.
4. Лерер A.M., Шевченко В.Н. Повышение эффективности корабельных радиопеленгаторов методами электродинамического моделирования // Электромагнитные волны и электронные системы, 2007, №5, с.21-24.
5. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1988.
6. RU, патент, 2 309 425, кл. G 01 S 7/40, G09В 9/00, 2007 г.

Claims (2)

1. Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов, заключающийся в том, что принимают многолучевой радиосигнал многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000133
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000134
отличающийся тем, что формируют и запоминают для заданной частоты приема, возможного значения числа лучей в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту и углу места поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000135
итерационно увеличивая значение возможного числа лучей и используя соответствующие числу лучей сигналы фазирующей функции
Figure 00000136
преобразуют сигнал измеренного АФР
Figure 00000137
в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал
Figure 00000138
каждый раз определяют значение максимума обобщенного сигнала и соответствующее найденному максимуму значение аргумента, по аргументу находят азимутально-угломестные направления
Figure 00000139
,
Figure 00000140
прихода лучей, а по значениям АФР
Figure 00000141
и максимума обобщенного сигнала
Figure 00000142
определяют нормированный квадрат невязки
Figure 00000143
измеренного и модельного волновых фронтов, сравнивают значение невязки с порогом и при не превышении порога фиксируют по порядку модели волнового фронта число лучей в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления
Figure 00000144
выбирают соответствующие найденным направлениям
Figure 00000145
составляющие сигнала комплексной фазирующей функции
Figure 00000146
используя которые преобразуют сигнал АФР
Figure 00000147
в описывающий состояние поляризации сигнал
Figure 00000148
по которому определяют вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
2. Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации источников многолучевых радиосигналов, заключающийся в том, что принимают многолучевой радиосигнал многоэлементной антенной решеткой и формируют ансамбль радиосигналов, зависящих от времени и номера антенного элемента, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов получают сигнал комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР)
Figure 00000149
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000150
отличающийся тем, что предварительно до начала приема радиосигналов формируют и запоминают для всех возможных частот приема, возможного значения числа лучей в принятом радиосигнале и требуемых узлов сетки наведения по азимуту и углу места поляризационно-зависимые идеальные сигналы многолучевой комплексной фазирующей функции
Figure 00000151
и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000152
а при приеме на заданной частоте итерационно увеличивая значение возможного числа лучей и, используя соответствующие числу лучей взвешивающие сигналы
Figure 00000153
преобразуют сигнал измеренного АФР
Figure 00000154
в зависящий от всех возможных направлений прихода лучей многомерный обобщенный сигнал по формуле
Figure 00000155
каждый раз по значению максимума обобщенного сигнала находят азимутально-угломестные направления прихода лучей, по значениям сигнала измеренного АФР и максимума обобщенного сигнала определяют число лучей в принятом радиосигнале и соответствующие каждому лучу азимутально-угломестные направления, а по значениям сигнала АФР и соответствующим найденным направлениям составляющим сигнала комплексной фазирующей функции получают описывающий состояние поляризации сигнал, по которому определяют вид поляризации лучей принятого радиосигнала.
RU2008137365/09A 2008-09-18 2008-09-18 Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов RU2385467C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137365/09A RU2385467C1 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137365/09A RU2385467C1 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2385467C1 true RU2385467C1 (ru) 2010-03-27

Family

ID=42138458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137365/09A RU2385467C1 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2385467C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533789C1 (ru) * 2013-07-18 2014-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) Способ определения поляризационных характеристик среды распространения высокочастотных сигналов
RU2702102C1 (ru) * 2018-10-15 2019-10-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ поляризационного пеленгования радиосигналов с использованием триортогональной антенной системы
RU2716145C1 (ru) * 2019-04-24 2020-03-06 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") Способ пространственной локализации радиоизлучающих объектов

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533789C1 (ru) * 2013-07-18 2014-11-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) Способ определения поляризационных характеристик среды распространения высокочастотных сигналов
RU2702102C1 (ru) * 2018-10-15 2019-10-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ поляризационного пеленгования радиосигналов с использованием триортогональной антенной системы
RU2716145C1 (ru) * 2019-04-24 2020-03-06 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") Способ пространственной локализации радиоизлучающих объектов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Mixed far-field and near-field source localization based on subarray cross-cumulant
US5990834A (en) Radar angle determination with music direction finding
CN108845325B (zh) 拖曳线列阵声纳子阵误差失配估计方法
RU2393498C2 (ru) Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)
Zhang et al. Two-dimensional direction of arrival estimation for coprime planar arrays via polynomial root finding technique
RU2382379C2 (ru) Способ многосигнальной пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте
Li et al. A Barankin-type bound on direction estimation using acoustic sensor arrays
Bozorgasl et al. 2-D DOA estimation in wireless location system via sparse representation
CN106970348B (zh) 电磁矢量传感器阵列解相干二维music参数估计方法
RU2385467C1 (ru) Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов
Tayem et al. Hardware implementation of a proposed Qr-Tls DOA estimation method and Music, ESPRIT Algorithms on Ni-Pxi platform
RU2491569C2 (ru) Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью
RU2431862C1 (ru) Способ поляризационно-независимого пеленгования многолучевых радиосигналов
Chen et al. A beamspace maximum likelihood algorithm for target height estimation for a bistatic MIMO radar
Zhang et al. Improved blind 2D-direction of arrival estimation with L-shaped array using shift invariance property
Wang et al. Angle-polarization-range estimation using sparse polarization sensitive FDA-MIMO radar with co-prime frequency offsets
RU2410707C2 (ru) Способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных радиосигналов
Sureshbabu et al. Performance analysis of optimum tilt angle and beam configuration to derive horizontal wind velocities by postset beam steering technique
CN112666558B (zh) 一种适用于汽车fmcw雷达的低复杂度music测向方法及装置
CN114325560A (zh) 波束扫描雷达超分辨目标测向方法
Chu et al. Exploration on 2D DOA estimation of linear array motion: Uniform linear motion
RU2309422C2 (ru) Способ пеленгования многолучевых сигналов
Massoud et al. Angle of arrival estimation based on warped delay-and-sum (WDAS) beamforming technique
Schoor et al. Local and global calibration for high-resolution DOA estimation in automotive radar
Al Jabr et al. Modified UCA-ESPRIT for estimating DOA of coherent signals using one snapshot

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100919