RU2393498C2 - Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты) - Google Patents

Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2393498C2
RU2393498C2 RU2008137366/09A RU2008137366A RU2393498C2 RU 2393498 C2 RU2393498 C2 RU 2393498C2 RU 2008137366/09 A RU2008137366/09 A RU 2008137366/09A RU 2008137366 A RU2008137366 A RU 2008137366A RU 2393498 C2 RU2393498 C2 RU 2393498C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
polarization
complex
received radio
Prior art date
Application number
RU2008137366/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008137366A (ru
Inventor
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Николай Макарович Иванов (RU)
Николай Макарович Иванов
Елена Алексеевна Шевченко (RU)
Елена Алексеевна Шевченко
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 RU2008137366/09A priority Critical patent/RU2393498C2/ru
Publication of RU2008137366A publication Critical patent/RU2008137366A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2393498C2 publication Critical patent/RU2393498C2/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех. Повышение эффективности пеленгования достигается за счет расширения поля признаков, используемых при селекции пеленгуемых радиосигналов на фоне шумов и помех, использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, в качестве признака достоверности пеленгования; применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду его поляризации. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для определения азимутального и угломестного направлений на источники радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.
Достижение теоретически предельной точности пространственной локализации источников радиоизлучений ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров контролируемых радиосигналов и несовершенством известных способов их обработки, в настоящее время не учитывающих, как правило, при селекции сигналов на фоне шумов и помех все возможные физические признаки радиосигналов: поляризационные, пространственные, временные (частотные) или корреляционные (определяемые формой сигнала).
Технологии пеленгования, учитывающие поляризацию радиосигнала, не получили достаточного распространения, несмотря на то, что при различии полезного сигнала и помех по поляризации появляется возможность выделения полезных сигналов на фоне помех даже в случае совпадения направлений их прихода, то есть при совпадении пространственных спектров сигнала и помехи.
Известен способ поляризационно-чувствительного пеленгования 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 радиосигналов с неизвестной поляризацией.
Известен способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов [2], свободный от этих недостатков и принятый за прототип. Согласно этому способу:
1. Принимают радиосигнал неизвестной поляризации многоэлементной антенной решеткой.
2. Формируют ансамбль радиосигналов xn(t), зависящих от времени t и номера n антенны,
Figure 00000001
N - число антенн.
3. Синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов xn(t) в цифровые сигналы xn(z), где z - номер временного отсчета сигнала.
4. Преобразуют цифровые сигналы xn(z) в сигнал комплексного
амплитудно-фазового распределения
Figure 00000002
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, который запоминают.
5. Формируют идеальный сигнал комплексной фазирующей функции
Figure 00000003
, описывающий возможные направления прихода сигнала от каждого потенциального источника, в виде
Figure 00000004
где
Figure 00000005
- n-я составляющая фазирующей функции
Figure 00000006
rn, zn, αn - цилиндрические координаты антенн решетки, λ - длина волны, соответствующая заданной частоте приема.
6. Используя сигнал фазирующей функции
Figure 00000007
, преобразуют сигнал измеренного
Figure 00000008
в сигнал комплексного углового спектра
Figure 00000009
где
Figure 00000010
- матрица, эрмитово сопряженная с
Figure 00000011
7. По максимуму модуля сигнала комплексного углового спектра
Figure 00000012
определяют пеленг на источник принятого радиосигнала.
Способ-прототип реализует типичный и достаточно эффективный способ пеленгования, предусматривающий формирование распределения энергии по пространству сигналов с помощью алгоритма классического формирования луча, ориентированного на обработку электромагнитного поля заданной поляризации, определяемой типом антенного элемента, например, горизонтально или вертикально расположенными электрическими вибраторами. При этом комплексная фазирующая функция
Figure 00000013
не зависит от поляризации пеленгуемых радиосигналов. Это следует из приведенного ранее выражения для составляющей фазирующей функции
Figure 00000014
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 сложно поляризованных радиосигналов, например, сигналов ионосферных волн, а также в сложных условиях размещения антенной решетки пеленгатора, например, на подвижных платформах (автомобилях, кораблях, самолетах).
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности (точности и информативности) пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех.
Повышение эффективности пеленгования достигается за счет:
расширения поля признаков, используемых при селекции пеленгуемых радиосигналов на фоне шумов и помех;
использования обобщенного критерия формы волнового фронта, предусматривающего проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, в качестве признака достоверности пеленгования;
применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду его поляризации.
Технический результат достигается тем, что в способе поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающемся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации 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
Figure 00000015
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного
Figure 00000016
согласно изобретению, формируют и запоминают поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000017
комплексной фазирующей функции для заданной частоты приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm, используя сигналы комплексной фазирующей функции
Figure 00000018
преобразуют сигнал
Figure 00000019
в обобщенный сигнал
Figure 00000020
значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга
Figure 00000021
,
Figure 00000022
на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу
Figure 00000023
,
Figure 00000024
значение
Figure 00000025
сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала
Figure 00000026
в сигнал
Figure 00000027
описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
Технический результат также достигается тем, что в способе поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающемся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации 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
Figure 00000028
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного
Figure 00000028
согласно изобретению, предварительно до начала приема радиосигнала формируют и запоминают для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000029
комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000030
а при приеме на заданной частоте соответствующие взвешивающие сигналы
Figure 00000031
используют для преобразования сигнала
Figure 00000032
в обобщенный сигнал
Figure 00000033
значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу значение сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР в сигнал, описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
Это повышает быстродействие формирования обобщенного сигнала и, как следствие, всего цикла поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.
Операции способа поясняются следующими чертежами:
Фиг.1. Структурная схема устройства поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.
Фиг.2. Структура антенной решетки устройства поляризационно-чувствительного пеленгования.
Фиг.3. Результаты одномерного и двухмерного синтеза диаграмм направленности:
а), б), в) - способ-прототип;
г), д), е) - способ поляризационно-чувствительного пеленгования.
Рассмотрим работу устройства, реализующего способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов.
Устройство (фиг.1), 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 управления и отображения 6 и формирователь фазирующей функции и взвешивающего сигнала 7.
При этом первый выход устройства 6 используется для соединения с внешними системами, а его второй выход подключен к входам преобразователя 2 и формирователя 7, который связан с формирователем 5.
Антенная решетка 1 содержит N антенн с номерами
Figure 00000034
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. На фиг.2 в качестве примера приведена структура кольцевой антенной решетки устройства поляризационно-чувствительного пеленгования на основе рамочных антенн.
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 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 и формирователь 7, так же как и вычислитель 4, реализованы по многопроцессорной схеме.
Устройство работает следующим образом.
По сигналу от устройства 6 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту приема. Радиосигнал неизвестной поляризации принимается антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом с номером n решетки 1 зависящий от времени t радиосигнал xn(t) фильтруется по частоте и 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
Figure 00000028
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки.
Формирование сигнала измеренного
Figure 00000032
возможно применением ряда известных алгоритмов цифровой обработки сигналов во временной и частотной областях. При использовании, например, корреляционно-интерферометрического алгоритма выполняют следующие действия [2, 3]:
- формируют сигналы комплексных спектральных плотностей
Figure 00000035
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 00000036
и комплексно сопряженной спектральной плотности
Figure 00000037
сигнала, измеренного на опорной антенне решетки с номером n=1, формируют сигнал измеренного АФР в виде комплексного вектора
Figure 00000038
(·)* - 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/шум.
Описанные операции могут рассматриваться как операции частотной и корреляционной селекции радиосигналов.
Сформированный сигнал измеренного
Figure 00000032
поступает в формирователь 5.
Figure 00000039
Одновременно в формирователе 7 для заданной устройством 6 частоты приема формируются и запоминаются поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000040
комплексной фазирующей функции для всех М требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm,
Figure 00000041
- номер узла.
Идеальные сигналы представляют собой матрицы
Figure 00000042
размером N×2. Элементы матрицы
Figure 00000043
есть векторы-столбцы
Figure 00000044
и
Figure 00000045
полученные для поля, падающего с m-го направления с горизонтальной
Figure 00000046
и вертикальной
Figure 00000047
поляризациями.
Другими словами, идеальные сигналы
Figure 00000048
комплексной фазирующей функции характеризуют комплексные отклики отдельных антенн решетки на падающее поле двух ортогональных поляризаций.
Сигналы
Figure 00000049
и
Figure 00000050
могут быть получены аналитически. Например, при определении углов прихода пеленгуемых сигналов в форме плоской волны соотношение для составляющих сигнала
Figure 00000051
имеет следующий вид:
Figure 00000052
где
Figure 00000053
- комплексный отклик на горизонтальную (q=h) или вертикальную (q=ν) составляющую падающего поля n-й 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 сигналы
Figure 00000054
комплексной фазирующей функции также поступают в формирователь 5.
В формирователе 5 сигнал измеренного
Figure 00000055
поступивший от вычислителя 4, с использованием полученных от формирователя 7 сигналов комплексной фазирующей функции
Figure 00000056
соответствующих заданной частоте приема, преобразуется в обобщенный сигнал
Figure 00000057
Формирование обобщенного сигнала G(αm,βm) осуществляется на дискретной сетке наведения путем выполнения в каждом узле с номером m следующих действий для получения отдельных значений обобщенного сигнала G(αm,βm):
- умножается сигнал
Figure 00000058
на эрмитово сопряженный идеальный сигнал
Figure 00000059
и получается сфазированный сигнал
Figure 00000060
размерностью 2×1. Запоминается сигнал
Figure 00000061
- умножается эрмитово сопряженный идеальный сигнал фазирующей функции
Figure 00000062
на идеальный сигнал
Figure 00000063
и получается матричный сигнал
Figure 00000064
размерностью 2×2;
- обращается полученный сигнал
Figure 00000065
и формируется взвешивающий сигнал
Figure 00000066
- умножается запомненный сигнал
Figure 00000067
на взвешивающий сигнал
Figure 00000068
и получается сигнал
Figure 00000069
учитывающий режим поляризации принятого радиосигнала;
- умножается учитывающий режим поляризации сигнал
Figure 00000070
на сигнал, эрмитово сопряженный запомненному сфазированному сигналу
Figure 00000071
и получается обобщенный сигнал
Figure 00000072
который в развернутой форме имеет следующий вид
Figure 00000073
Отметим, что с физической точки зрения обобщенный сигнал
Figure 00000074
описывает угловое распределение мощности пеленгуемого сигнала, которое может рассматриваться как синтезированная с учетом поляризации диаграмма направленности антенной решетки пеленгатора.
Кроме того, в формирователе 5 значение максимума обобщенного сигнала используется для определения азимутально-угломестного пеленга
Figure 00000075
,
Figure 00000076
на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу
Figure 00000077
,
Figure 00000078
, значение
Figure 00000079
сигнала фазирующей функции применяется для преобразования сигнала
Figure 00000080
в сигнал
Figure 00000081
описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
При этом выполняются следующие действия:
- определяется значение максимума обобщенного сигнала
Figure 00000082
и находится соответствующее найденному максимуму значение аргумента
Figure 00000083
;
- по аргументу находится азимутально-угломестный пеленг
Figure 00000084
источника принятого радиосигнала;
- по значениям
Figure 00000085
и максимума обобщенного сигнала
Figure 00000086
определяется достоверность полученного пеленга.
Для этого находится величина
Figure 00000087
характеризующая степень близости измеренного
Figure 00000088
и модельного поляризационно-зависимого АФР, соответствующего максимуму обобщенного сигнала
Figure 00000089
. При наличии совпадения с заданной точностью, то есть при выполнении условия δ≤δ0, где δ0 - пороговое значение, принимается решение о достоверности полученного пеленга. Значение порога δ0 выбирается исходя из минимизации вероятности ложной тревоги.
Эти операции могут рассматриваться как операции поляризационной и пространственной селекции радиосигналов;
- генерируется запрос в формирователь 7 на поиск и передачу в формирователь 5 значения сигнала комплексной фазирующей функции, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу
Figure 00000090
,
Figure 00000091
;
- после получения от формирователя 7 значения
Figure 00000092
сигнала комплексной фазирующей функции, соответствующего найденному азимутально-угломестному пеленгу
Figure 00000093
,
Figure 00000091
, сигнал измеренного
Figure 00000094
преобразуется в сигнал
Figure 00000095
описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
При этом
Figure 00000096
- 2×1 вектор-столбец, определяющий состояние поляризации радиосигнала,
Figure 00000097
и
Figure 00000098
- найденные комплексные коэффициенты поляризации, а вид поляризации принятого радиосигнала находится следующим путем:
- по найденным значениям
Figure 00000099
и
Figure 00000100
находится третья компонента
Figure 00000101
полного комплексного вектора поляризации
Figure 00000102
по формуле
Figure 00000103
если
Figure 00000104
,и
Figure 00000105
если
Figure 00000106
;
- находится длина реальной части полного вектора поляризации
Figure 00000107
- находится вектор, перпендикулярный векторам
Figure 00000108
и
Figure 00000109
- находятся компоненты разложения комплексного вектора поляризации
Figure 00000110
по векторам k и q путем вычисления комплексных скалярных произведений
Figure 00000111
и
Figure 00000112
- определяются полуоси эллипса поляризации и угол их наклона относительно выбранной системы координат согласно формулам, приведенным в [5, с.159-160].
Полученные двумерные пеленги
Figure 00000090
,
Figure 00000091
, а также параметры, описывающие состояние и вид поляризации принятого радиосигнала, поступают в устройство 6 для отображения на картографическом фоне, а также во внешние системы, чем обеспечивается повышение информативности пеленгования.
Устройство, реализующее способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов с повышенным быстродействием, по структуре совпадает со схемой, представленной на фиг.1. Отличие заключается в том, что функции формирователя 7 расширяются и он обеспечивает формирование поляризационно-зависимых сигналов
Figure 00000113
комплексной фазирующей функции, а также комплексных взвешивающих сигналов
Figure 00000114
. Устройство, реализующее способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов с повышенным быстродействием, работает следующим образом.
В формирователе 7 предварительно до начала приема радиосигналов формируются и запоминаются для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000115
комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000116
Учитывая, что в данном случае сигналы комплексной фазирующей функции
Figure 00000117
, а также получаемые на их основе взвешивающие сигналы
Figure 00000118
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 [5].
Устройство 6 генерирует сигнал начала приема на заданной частоте, который поступает в формирователь 7 и преобразователь 2.
В формирователе 7 выбираются соответствующие заданной частоте приема поляризационно-зависимые сигналы комплексной фазирующей функции
Figure 00000119
и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000120
. Выбранные сигналы
Figure 00000121
и
Figure 00000122
передаются в формирователь 5, где запоминаются.
Одновременно по сигналу начала приема от устройства 6 преобразователь 2 перестраивается на заданную частоту. Радиосигнал неизвестной поляризации принимается антеннами решетки 1. Принятый каждым антенным элементом решетки 1 радиосигнал переносится на более низкую частоту в преобразователе 2. Сформированный в преобразователе 2 ансамбль радиосигналов синхронно преобразуется с помощью АЦП 3 в ансамбль цифровых сигналов, который поступает в вычислитель 4. В вычислителе 4 из цифровых сигналов получается и запоминается сигнал комплексного
Figure 00000123
Запомненный сигнал измеренного
Figure 00000094
поступает в формирователь 5.
В формирователе 5 сигнал измеренного
Figure 00000094
с использованием поступивших от формирователя 7 взвешивающих сигналов
Figure 00000124
преобразуется в обобщенный сигнал
Figure 00000125
Данная операция преобразования сигнала измеренного
Figure 00000094
является ключевой в повышении быстродействия поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, так как формирование обобщенного сигнала по формуле
Figure 00000126
требует как минимум в 2,5 раза меньше вычислительных операций, чем по формуле
Figure 00000127
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 αm и углу места βm поляризационно-зависимых комплексных взвешивающих сигналов
Figure 00000128
Значение максимума обобщенного сигнала
Figure 00000086
используется для определения азимутально-угломестного пеленга
Figure 00000090
,
Figure 00000091
на источник принятого радиосигнала и достоверности полученного пеленга
Figure 00000090
,
Figure 00000091
.
Кроме того, в формирователе 5 выбирается из ранее поступивших от формирователя 7 значений сигнала фазирующей функции соответствующее найденному пеленгу
Figure 00000090
,
Figure 00000091
значение
Figure 00000129
После этого сигнал измеренного
Figure 00000094
с использованием выбранного значения
Figure 00000130
сигнала фазирующей функции, соответствующего найденному пеленгу
Figure 00000090
,
Figure 00000091
, преобразуется в сигнал
Figure 00000131
описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
Из приведенного описания следует, что устройство, содержащее антенную решетку, многоканальный преобразователь частоты, многоканальный АЦП, вычислитель АФР, формирователь обобщенного сигнала, формирователь фазирующей функции и 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 радиосигналов.
По сравнению с прототипом предложенный способ обеспечивает, как минимум, 3 дБ выигрыш по чувствительности. Однако более существенно, что при пеленговании сложно поляризованных сигналов, например, сигналов ионосферных волн, а также 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 радиосигналов по поляризации.
На фиг.3 представлены одномерные и двухмерные изображения синтезированных диаграмм направленности в случае пеленгования эллиптически поляризованного радиосигнала на частоте 12 МГц способом-прототипом (фиг.3а), б), в)) и предложенным способом (фиг.3г), д), е)) для 11-ти элементной кольцевой антенной решетки (фиг.2) радиусом 50 м. Направление прихода пеленгуемого сигнала по азимуту выбиралось равным 33 градуса, а по углу места дискретно менялось: 0 градусов (фиг.3а) и фиг.3г)); 15 градусов (фиг.3б) и фиг.3д)); 18 градусов (фиг.3в) и фиг.3е)).
Из сравнения диаграмм фиг.3а) и фиг.3г) следует, что при угле места, равном 0 градусов, сравниваемые способы дают сопоставимые результаты. Однако из сравнения фиг.3б) и фиг.3д), а также фиг.3в) и фиг.3е) следует, что при увеличении угла места пеленгуемого сигнала предложенный способ сохраняет эффективность пеленгования (см. фиг.3д) и фиг.3е)), а способ-прототип ее теряет (см. фиг.3б) - значение максимума диаграммы уменьшается примерно в 2 раза; фиг.3в) - направление максимума отклоняется от истинного более чем на 60 градусов).
Таким образом, способ поляризационно-чувствительного пеленгования 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 их селекции на фоне шумов и помех. Поляризационный признак дополняет используемые в прототипе пространственный, частотный и корреляционный признаки;
2) применения нового признака достоверности пеленгования - обобщенного критерия формы волнового фронта принятого радиосигнала. Обобщенный критерий предусматривает проверку степени близости формы принятого и модельного волновых фронтов с учетом поляризации, что снижает аномально большие ошибки пеленгования радиосигналов в условиях априорной неопределенности;
3) применения новых поляризационно-чувствительных операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих согласование принятого радиосигнала и сигнала фазирующей функции как по направлению прихода, так и по виду поляризации, включающих: формирование поляризационно-зависимых сигналов комплексной фазирующей функции, преобразование сигнала АФР с использованием поляризационно-зависимого сигнала комплексной фазирующей функции в обобщенный сигнал, использование обобщенного сигнала для определения азимутально-угломестного пеленга, достоверности пеленга и получения сигнала, описывающего состояние поляризации принятого радиосигнала, благодаря чему удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.
Источники информации
1. US, патент, 5032844, кл. G01S 5/04, 1991 г.
2. RU, патент, 2309422, кл. G01S 5/00, 2007 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, 2309425, кл. G01S 7/40, G09B 9/00, 2007 г.

Claims (2)

1. Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающийся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации 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 00000132
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000133
отличающийся тем, что формируют и запоминают поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000134
комплексной фазирующей функции для заданной частоты приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm, используя сигналы комплексной фазирующей функции
Figure 00000135
преобразуют сигнал АФР
Figure 00000136
в обобщенный сигнал
Figure 00000137
значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга
Figure 00000138
Figure 00000139
на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу
Figure 00000138
Figure 00000139
значение
Figure 00000140
сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР
Figure 00000136
в сигнал
Figure 00000141
описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
2. Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов, заключающийся в том, что принимают радиосигнал неизвестной поляризации 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 00000132
описывающий распределение амплитуд и фаз принятого радиосигнала на элементах решетки, запоминают сигнал измеренного АФР
Figure 00000132
отличающийся тем, что предварительно до начала приема радиосигнала формируют и запоминают для всех возможных частот приема и требуемых узлов сетки наведения по азимуту αm и углу места βm поляризационно-зависимые идеальные сигналы
Figure 00000142
комплексной фазирующей функции и комплексные взвешивающие сигналы
Figure 00000143
а при приеме на заданной частоте соответствующие взвешивающие сигналы
Figure 00000144
используют для преобразования сигнала АФР
Figure 00000136
в обобщенный сигнал
Figure 00000145
значение максимума которого используют для определения азимутально-угломестного пеленга на источник принятого радиосигнала и его достоверности, а соответствующее найденному пеленгу значение сигнала фазирующей функции применяют для преобразования сигнала АФР в сигнал, описывающий состояние поляризации принятого радиосигнала.
RU2008137366/09A 2008-09-18 2008-09-18 Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты) RU2393498C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137366/09A RU2393498C2 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137366/09A RU2393498C2 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008137366A RU2008137366A (ru) 2010-03-27
RU2393498C2 true RU2393498C2 (ru) 2010-06-27

Family

ID=42137944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137366/09A RU2393498C2 (ru) 2008-09-18 2008-09-18 Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2393498C2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529184C2 (ru) * 2012-08-29 2014-09-27 Анатолий Михайлович Бобков Способ пеленгации радиосигналов
RU2624449C1 (ru) * 2016-10-19 2017-07-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации Способ поляризационного пеленгования радиосигналов
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
RU2713866C1 (ru) * 2019-04-09 2020-02-07 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
RU2720588C1 (ru) * 2018-11-15 2020-05-12 Игорь Валерьевич Демичев Способ и устройство для пространственной селекции электромагнитных волн с последующей поляризационной обработкой сигналов

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114143705B (zh) * 2020-09-02 2024-03-26 蓝色创源(北京)科技有限公司 测向方法、设备、系统及存储介质
CN114047473B (zh) * 2021-10-18 2023-06-06 中国电子科技集团公司第二十九研究所 基于极化敏感环形阵列的到达角度和极化角度测量方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529184C2 (ru) * 2012-08-29 2014-09-27 Анатолий Михайлович Бобков Способ пеленгации радиосигналов
RU2624449C1 (ru) * 2016-10-19 2017-07-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации Способ поляризационного пеленгования радиосигналов
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
RU2720588C1 (ru) * 2018-11-15 2020-05-12 Игорь Валерьевич Демичев Способ и устройство для пространственной селекции электромагнитных волн с последующей поляризационной обработкой сигналов
RU2713866C1 (ru) * 2019-04-09 2020-02-07 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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008137366A (ru) 2010-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Friedlander Localization of signals in the near-field of an antenna array
US5990834A (en) Radar angle determination with music direction finding
RU2393498C2 (ru) Способ поляризационно-чувствительного пеленгования радиосигналов (варианты)
Zheng et al. Mixed far-field and near-field source localization based on subarray cross-cumulant
Ng et al. A practical simple geometry and gain/phase calibration technique for antenna array processing
KR100336550B1 (ko) 방향 탐지기와 방향 탐지기의 측정 결과 처리 장치
RU2624449C1 (ru) Способ поляризационного пеленгования радиосигналов
Zhang et al. Two-dimensional direction of arrival estimation for coprime planar arrays via polynomial root finding technique
Li et al. A Barankin-type bound on direction estimation using acoustic sensor arrays
RU2546330C1 (ru) Способ поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов
Bozorgasl et al. 2-D DOA estimation in wireless location system via sparse representation
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
Jiang et al. Three-dimensional localization algorithm for mixed near-field and far-field sources based on ESPRIT and MUSIC method
RU2385467C1 (ru) Способ пространственной поляризационно-чувствительной локализации многолучевых радиосигналов
RU2546329C1 (ru) Способ поляризационно-чувствительного обнаружения подвижных объектов
Yuan et al. Correction method for magnitude and phase variations in acoustic arrays based on focused beamforming
Ren Direction finding using a single antenna with blade modulation
Wang et al. Angle-polarization-range estimation using sparse polarization sensitive FDA-MIMO radar with co-prime frequency offsets
RU2431862C1 (ru) Способ поляризационно-независимого пеленгования многолучевых радиосигналов
Liu et al. Spatial polarimetric time-frequency distribution based DOA estimation: combining ESPRIT with MUSIC
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
Boiko et al. Design Concepts for Mobile Computing Direction Finding Systems
Yunhe et al. Direction finding for bistatic MIMO radar with uniform circular array

Legal Events

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

Effective date: 20100919