RU2410707C2 - Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals - Google Patents

Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals Download PDF

Info

Publication number
RU2410707C2
RU2410707C2 RU2009109668/09A RU2009109668A RU2410707C2 RU 2410707 C2 RU2410707 C2 RU 2410707C2 RU 2009109668/09 A RU2009109668/09 A RU 2009109668/09A RU 2009109668 A RU2009109668 A RU 2009109668A RU 2410707 C2 RU2410707 C2 RU 2410707C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
signal
afr
frequency
complex
Prior art date
Application number
RU2009109668/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009109668A (en
Inventor
Александр Васильевич Самойленко (RU)
Александр Васильевич Самойленко
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь")
Priority to RU2009109668/09A priority Critical patent/RU2410707C2/en
Publication of RU2009109668A publication Critical patent/RU2009109668A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410707C2 publication Critical patent/RU2410707C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and may be used in radio equipment for detection and frequency-space localisation of radio radiation sources under conditions of a priori uncertainty. Technical result is achieved due to additional information extracted by usage of polarisation parameters of signals as additional criterion of identification of localised signals field components, application of operations of forming double-component complex AFR, including vertical and horizontal polarised components of received signals field, and also application of operations of estimating polarisation-angular proximity of identified components of localised signals field.
EFFECT: improved efficiency of detection and frequency-space localisation of wideband signals of sources of radio radiation under conditions of a priori uncertainty relative to type of polarisation, angles of arrival, width of spectrum and position of spectrum on axis of frequencies of received signals.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике для обнаружения и частотно-пространственной локализации источников радиоизлучений в условиях априорной неопределенности.The invention relates to measuring equipment and can be used in radio engineering for the detection and frequency-spatial localization of radio emission sources under conditions of a priori uncertainty.

Достижение теоретически предельной эффективности обнаружения и локализации сигналов источников радиоизлучений ограничивается существенной априорной неопределенностью относительно параметров контролируемых радиосигналов и несовершенством способов их обработки.Achieving the theoretically maximum efficiency of detection and localization of signals from radio emission sources is limited by significant a priori uncertainty regarding the parameters of controlled radio signals and the imperfection of their processing methods.

Применение способов поляризационно-независимого обнаружения и локализации сигналов является одним из основных путей повышения эффективности широкого класса измерительных систем в условиях априорной неопределенности.The use of methods of polarization-independent detection and localization of signals is one of the main ways to increase the efficiency of a wide class of measurement systems under conditions of a priori uncertainty.

Известен способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных сигналов [1], заключающийся в том, что:A known method of polarization-independent detection and localization of broadband signals [1], which consists in the fact that:

принимают радиосигналы неизвестной поляризации антенной решеткой, состоящей из магнитных антенн с совмещенными фазовыми центрами,receive radio signals of unknown polarization by an antenna array consisting of magnetic antennas with combined phase centers,

формируют ансамбль радиосигналов, зависящий от времени и номера антенны,form an ensemble of radio signals depending on the time and antenna number,

синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в цифровые сигналы,synchronously transform the ensemble of received radio signals into digital signals,

преобразуют цифровые сигналы пар противоположных антенн в комплексные квадратурные составляющие дипольного и квадрупольного выходных сигналов,convert digital signals of pairs of opposite antennas into complex quadrature components of the dipole and quadrupole output signals,

получают информацию о направлении прихода радиосигналов по разности фаз сигналов квадратурных составляющих дипольного и квадрупольного выходных сигналов.receive information about the direction of arrival of the radio signals according to the phase difference of the signals of the quadrature components of the dipole and quadrupole output signals.

Данный способ обеспечивает повышенную устойчивость пространственной локализации сигналов к поляризационным ошибкам. Однако этот способ в условиях, близких к максимальной априорной неопределенности, то есть когда априорно неизвестны параметры поляризации, направление прихода и положение спектра локализуемого сигнала в анализируемой частотно-временной области, теряет свою эффективность.This method provides increased stability of the spatial localization of signals to polarization errors. However, this method under conditions close to maximum a priori uncertainty, that is, when the polarization parameters are a priori unknown, the direction of arrival and the position of the spectrum of the localized signal in the analyzed time-frequency domain loses its effectiveness.

Более эффективным является способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных сигналов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:More effective is the method of polarization-independent detection and localization of broadband signals [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:

принимают радиосигналы N вертикально поляризованными антеннами в заданной полосе частот,receive radio signals N vertically polarized antennas in a given frequency band,

синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы,synchronously transform the ensemble of received signals into digital signals,

из цифровых сигналов на каждой

Figure 00000001
частоте полосы приема формируют сигнал вертикально поляризованной компоненты
Figure 00000002
комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР),of digital signals on each
Figure 00000001
the frequency of the receiving band generates a signal of vertically polarized components
Figure 00000002
complex amplitude-phase distribution (AFR),

формируют квадраты модулей коэффициентов взаимной корреляции вертикально поляризованной компоненты комплексного АФР

Figure 00000003
на частоте
Figure 00000004
с вертикально поляризованной компонентой комплексного АФР
Figure 00000005
на всех остальных частотах
Figure 00000006
полосы приема,form the squares of the modules of the mutual correlation coefficients of the vertically polarized components of complex AFR
Figure 00000003
on frequency
Figure 00000004
with vertically polarized complex AFR component
Figure 00000005
at all other frequencies
Figure 00000006
reception bands

сравнивают квадраты модулей коэффициентов взаимной корреляции

Figure 00000007
с порогом,comparing the squares of the modules of the cross-correlation coefficients
Figure 00000007
with a threshold

радиосигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяют в сигнал, которыйradio signals with frequencies at which the threshold is exceeded are combined into a signal that

идентифицируют как i-й обнаруженный радиосигнал, принадлежащий одному передатчику,identify as the i-th detected radio signal belonging to one transmitter,

фиксируют полосу частот локализации i-го радиосигнала,fix the frequency band localization of the i-th radio signal,

усредняя сигналы вертикально поляризованных компонент комплексного АФР

Figure 00000003
в найденной полосе частот локализации, формируют сигнал вертикально поляризованной компоненты комплексного АФР(i) i-го радиосигнала,averaging the signals of vertically polarized components of complex AFR
Figure 00000003
in the found localization frequency band, the signal of the vertically polarized component of the complex AFR (i) of the i-th radio signal is formed,

по полученному АФР(i) формируют двумерный комплексный угловой спектр, по которому определяют азимут и угол места передатчика i-го обнаруженного радиосигнала.the obtained AFR (i) form a two-dimensional complex angular spectrum, which determine the azimuth and elevation of the transmitter of the i-th detected radio signal.

Способ-прототип эффективно решает задачу обнаружения и частотно-пространственной локализации широкополосных сигналов известной поляризации. Однако по сигналам неизвестной поляризации, то есть в тех случаях, когда поляризационные характеристики антенн приемной решетки не согласованы с поляризацией падающих волн или антенны решетки расположены вблизи отражателей, которые могут изменить поляризацию, данный способ теряет свою эффективность.The prototype method effectively solves the problem of detection and frequency-spatial localization of broadband signals of known polarization. However, according to signals of unknown polarization, that is, in those cases where the polarization characteristics of the receiving array antennas are not consistent with the polarization of the incident waves or the array antennas are located near reflectors that can change the polarization, this method loses its effectiveness.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения и частотно-пространственной локализации широкополосных сигналов источников радиоизлучений в условиях априорной неопределенности относительно вида поляризации, углов прихода, ширины спектра и положения спектра на оси частот принимаемых сигналов.The technical result of the invention is to increase the detection efficiency and the spatial frequency localization of broadband signals of radio sources under conditions of a priori uncertainty regarding the type of polarization, arrival angles, spectral width and spectrum position on the frequency axis of the received signals.

Повышение эффективности обнаружения и локализации сигналов достигается за счет дополнительной информации, извлекаемой путем:Improving the efficiency of detection and localization of signals is achieved due to additional information extracted by:

- использования поляризационных параметров сигналов в качестве дополнительного признака идентификации составляющих поля локализуемых сигналов;- the use of polarization parameters of the signals as an additional sign of identification of the components of the field of localized signals;

- применения операций формирования двухкомпонентного комплексного АФР, включающего вертикально и горизонтально поляризованные компоненты поля принимаемых сигналов, вместо формирования однокомпонентного вертикально поляризованного АФР;- the application of the operations of forming a two-component complex AFR, including vertically and horizontally polarized field components of the received signals, instead of forming a one-component vertically polarized AFR;

- применения операций оценки поляризационно-угловой близости идентифицируемых составляющих поля локализуемых сигналов вместо операций оценки их угловой близости.- application of operations for assessing the polarization-angular proximity of identifiable field components of localized signals instead of operations for evaluating their angular proximity.

Технический результат достигается тем, что в способе поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных сигналов, заключающемся в том, что принимают радиосигналы N вертикально поляризованными антеннами в заданной полосе частот, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов на каждой

Figure 00000001
частоте полосы приема формируют сигнал вертикально поляризованной компоненты
Figure 00000003
комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР), согласно изобретению дополнительно принимают радиосигналы N горизонтально поляризованными антеннами, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы, из которых на каждой
Figure 00000001
частоте полосы приема формируют сигнал горизонтально поляризованной компоненты
Figure 00000008
комплексного АФР, объединяют сигналы вертикально поляризованной
Figure 00000003
и горизонтально поляризованной
Figure 00000009
компонент в сигнал двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000010
по сигналам двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000011
выполняют обнаружение и частотно-пространственную локализацию радиосигналов.The technical result is achieved by the fact that in the method of polarization-independent detection and localization of broadband signals, which consists in receiving radio signals N by vertically polarized antennas in a given frequency band, synchronously convert the ensemble of received signals into digital signals from digital signals on each
Figure 00000001
the frequency of the receiving band generates a signal of vertically polarized components
Figure 00000003
complex amplitude-phase distribution (AFR), according to the invention, additionally receive radio signals N horizontally polarized antennas, synchronously convert the ensemble of received signals into digital signals, of which each
Figure 00000001
the frequency of the receiving band generates a signal of horizontally polarized components
Figure 00000008
integrated AFR, combine vertically polarized signals
Figure 00000003
and horizontally polarized
Figure 00000009
component into the signal of a two-component complex AFR
Figure 00000010
by signals of a two-component complex AFR
Figure 00000011
perform detection and frequency-spatial localization of radio signals.

Возможны частные случаи осуществления способа:Particular cases of the method are possible:

1. Обнаружение и частотную локализацию радиосигналов осуществляют путем формирования квадратов модулей комплексных коэффициентов взаимной корреляции сигнала двухкомпонентного комплексного АФР

Figure 00000011
на частоте
Figure 00000012
с сигналом двухкомпонентного АФР
Figure 00000013
на всех остальных частотах
Figure 00000014
полосы приема, сравнивают квадраты модулей коэффициентов взаимной корреляции
Figure 00000015
с порогом, радиосигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяют в сигнал, который идентифицируют как i-й обнаруженный радиосигнал, принадлежащий одному передатчику, и фиксируют полосу частот его локализации.1. The detection and frequency localization of radio signals is carried out by forming the squares of the modules of the complex coefficients of cross-correlation of the signal of a two-component complex AFR
Figure 00000011
on frequency
Figure 00000012
with two-way AFR signal
Figure 00000013
at all other frequencies
Figure 00000014
reception bands, compare the squares of the modules of the cross-correlation coefficients
Figure 00000015
with a threshold, radio signals with frequencies at which the threshold is exceeded are combined into a signal that is identified as the i-th detected radio signal belonging to one transmitter and the frequency band of its localization is fixed.

Это повышает эффективность обнаружения и частотной локализации широкополосных сигналов в условиях априорной неопределенности относительно вида поляризации и углов прихода принимаемых сигналов.This increases the efficiency of detection and frequency localization of broadband signals under conditions of a priori uncertainty regarding the type of polarization and angles of arrival of the received signals.

2. Пространственную локализацию радиосигналов осуществляют путем формирования сигнала двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го обнаруженного радиосигнала, преобразования сигнала двухкомпонентного АФР(i) в двумерный комплексный угловой спектр и определения по угловому спектру азимута и угла места передатчика i-го обнаруженного радиосигнала.2. The spatial localization of radio signals is carried out by generating a signal of a two-component complex AFR (i) of the i-th detected radio signal, converting the signal of two-component AFR (i) into a two-dimensional complex angular spectrum and determining the azimuth and elevation of the transmitter of the i-th detected radio signal from the angular spectrum.

Это повышает эффективность пространственной локализации сигналов неизвестной поляризации.This increases the efficiency of spatial localization of signals of unknown polarization.

3. Формирование сигнала двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го обнаруженного радиосигнала осуществляют путем усреднения сигналов двухкомпонентных комплексных АФР

Figure 00000011
в полосе частот его локализации.3. The formation of the signal of a two-component complex AFR (i) of the i-th detected radio signal is carried out by averaging the signals of two-component complex AFR
Figure 00000011
in the frequency band of its localization.

Это приближает чувствительность пространственной локализации сигналов с неизвестной шириной спектра и положением спектра на оси частот к потенциально достижимой.This brings the sensitivity of spatial localization of signals with an unknown spectrum width and spectrum position on the frequency axis to potentially achievable.

Предложенный способ, в отличие от способа-прототипа, более полно использует информацию, содержащуюся в принимаемых сигналах, что повышает эффективность обнаружения и локализации априорно неизвестных широкополосных сигналов.The proposed method, in contrast to the prototype method, more fully uses the information contained in the received signals, which increases the efficiency of detection and localization of a priori unknown broadband signals.

Таким образом, за счет использования в качестве признаков идентификации составляющих поля локализуемых сигналов пространственных и поляризационных параметров сигналов в отличие от способа-прототипа, использующего только пространственные параметры сигналов, применения операций формирования двухкомпонентного комплексного АФР, включающего вертикально и горизонтально поляризованные компоненты поля принимаемых сигналов, вместо формирования однокомпонентного вертикально поляризованного АФР, а также применения операций оценки поляризационно-угловой близости идентифицируемых составляющих поля локализуемых сигналов вместо операций оценки их угловой близости удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, due to the use of spatial and polarization parameters of signals as signs of identifying the field components of localized signals, in contrast to the prototype method using only spatial parameters of signals, the use of operations to form a two-component complex AFR that includes vertically and horizontally polarized field components of the received signals, instead of the formation of a single-component vertically polarized AFR, as well as the application of operations to assess the polar isation-angular proximity of the identifiable components of the field of localized signals, instead of evaluating their angular proximity, it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical result.

Операции способа поясняются чертежом, на котором изображена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных сигналов.The operation of the method is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of a device that implements the proposed method of polarization-independent detection and localization of broadband signals.

Рассмотрим работу устройства, реализующего способ.Consider the operation of a device that implements the method.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные антенную систему 1, многоканальный преобразователь частоты 2, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель 4, устройство корреляции и частотной локализации 5 и устройство пространственной локализации 6. Выход устройства 6 используется для соединения с внешними системами. В свою очередь вычислитель 4 содержит параллельно подключенные к выходу АЦП 3 процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ) 7(1)…7(2N), выходы которых через формирователи компонент АФР 8(1) и 8(2) соединены с входами устройства 5.A device that implements the proposed method comprises a series-connected antenna system 1, a multi-channel frequency converter 2, a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) 3, a computer 4, a correlation and frequency localization device 5 and a spatial localization device 6. The output of the device 6 is used for connections to external systems. In turn, the calculator 4 contains parallel to the output of the ADC 3 fast Fourier transform processors (FFT) 7 (1) ... 7 (2N), the outputs of which through the shapers of the AFR components 8 (1) and 8 (2) are connected to the inputs of the device 5.

Антенная система 1 содержит N антенн, каждая из которых состоит из вертикально поляризованных антенных элементов с номерами n=1(v), … N(v) и горизонтально поляризованных антенных элементов с номерами n=1(h), … N(h). Все антенные элементы имеют независимые выходы. В качестве антенных элементов могут использоваться, например, вибраторные или рамочные антенны. Многоканальный преобразователь частоты 2 включает 2N каналов и выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, во много раз превышающей ширину спектра одиночного сигнала передатчика. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов, что является основным условием когерентной регистрации сигналов. Широкая полоса пропускания каналов преобразователя 2 необходима для одновременной регистрации сигналов нескольких передатчиков. Многоканальный АЦП 3 также содержит 2N каналов. Если разрядность и быстродействие АЦП 3 достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB диапазоне радиоволн, то вместо преобразователя 2 может быть использован набор из 2N частотно избирательных полосовых фильтров и усилителей. Вычислитель 4 обеспечивает параллельную обработку сигналов, принимаемых каждым из 2N антенных элементов антенной системы 1, и формирование вертикально поляризованной и горизонтально поляризованной компонент комплексного АФР на дискретных частотах в полосе приема.Antenna system 1 contains N antennas, each of which consists of vertically polarized antenna elements with numbers n = 1 (v), ... N (v) and horizontally polarized antenna elements with numbers n = 1 (h), ... N (h). All antenna elements have independent outputs. As antenna elements, for example, vibrator or loop antennas can be used. The multi-channel frequency converter 2 includes 2N channels and is made with a common local oscillator and with a channel bandwidth of each channel many times greater than the spectrum width of a single transmitter signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception, which is the main condition for coherent signal registration. A wide bandwidth of the channels of the converter 2 is necessary for the simultaneous registration of the signals of several transmitters. Multichannel ADC 3 also contains 2N channels. If the resolution and speed of the ADC 3 are sufficient for direct analog-to-digital conversion of the input signals, as, for example, in the KB range of radio waves, then instead of converter 2, a set of 2N frequency-selective bandpass filters and amplifiers can be used. The calculator 4 provides parallel processing of the signals received by each of the 2N antenna elements of the antenna system 1, and the formation of vertically polarized and horizontally polarized components of complex AFR at discrete frequencies in the reception band.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Многочастотные временные сигналы xvn(t) с выходов антенных элементов с номерами n=1(ν), … N(ν) и сигналы xhn(t) с выходов антенных элементов с номерами n=1(h), … N(h) антенной системы 1 поступают на входы преобразователя 2, где в полосе приема, во много раз превышающей ширину спектра одиночного радиосигнала передатчика, когерентно переносятся на более низкую частоту.Multi-frequency time signals x vn (t) from outputs of antenna elements with numbers n = 1 (ν), ... N (ν) and signals x hn (t) from outputs of antenna elements with numbers n = 1 (h), ... N (h ) of the antenna system 1 are fed to the inputs of the converter 2, where they are coherently transferred to a lower frequency in the reception band many times the spectrum width of a single radio signal from the transmitter.

С помощью АЦП 3 сигналы xvn(t) и xhn(t) синхронно преобразуются в цифровые сигналы xvn(z) и xhn(z), где z - номер временного отсчета сигнала, и поступают на вход вычислителя 4.Using ADC 3, the signals x vn (t) and x hn (t) are synchronously converted to digital signals x vn (z) and x hn (z), where z is the number of the time reference of the signal, and fed to the input of calculator 4.

В вычислителе 4 из цифровых сигналов на каждой

Figure 00000001
частоте полосы приема формируются сигналы вертикально поляризованной компоненты
Figure 00000016
Figure 00000017
и горизонтально поляризованной компоненты
Figure 00000018
комплексного АФР, где L - число дискретных частот в полосе приема.In the calculator 4 of the digital signals on each
Figure 00000001
the frequency of the reception band are formed signals vertically polarized components
Figure 00000016
Figure 00000017
and horizontally polarized components
Figure 00000018
complex AFR, where L is the number of discrete frequencies in the reception band.

Отметим, что сигналы вертикально поляризованной

Figure 00000019
и горизонтально поляризованной
Figure 00000020
компонент комплексного АФР могут быть сформированы различными способами [3].Note that the signals are vertically polarized
Figure 00000019
and horizontally polarized
Figure 00000020
component of complex AFR can be formed in various ways [3].

Рассмотрим способ, в соответствии с которым в процессорах БПФ 7(1)…7(2N) вычислителя 4 из цифровых сигналов xvn(z) и xhn(z) формируются сигналы комплексных спектральных плотностей

Figure 00000021
и
Figure 00000022
где Ft{…} - оператор дискретного Фурье-преобразования по времени,
Figure 00000023
- номер дискреты по частоте,
Figure 00000024
Consider the method according to which in the FFT processors 7 (1) ... 7 (2N) of calculator 4, signals of complex spectral densities are formed from digital signals x vn (z) and x hn (z)
Figure 00000021
and
Figure 00000022
where F t {...} is the discrete Fourier transform operator in time,
Figure 00000023
- number of discrete frequency
Figure 00000024

Сигналы комплексных спектральных плотностей

Figure 00000025
поступают в формирователь 8(1), а сигналы
Figure 00000026
- в формирователь 8(2).Signals of complex spectral densities
Figure 00000025
come in shaper 8 (1), and the signals
Figure 00000026
- into the shaper 8 (2).

В формирователе 8(1) из спектральных плотностей перемножением и усреднением комплексно сопряженных спектральных плотностей формируется N×N пространственная корреляционная матрица в виде

Figure 00000028
где ()* - означает комплексное сопряжение. Из сигнала пространственной корреляционной матрицы
Figure 00000029
формируются сигнал максимального собственного значения и соответствующий сигнал собственного вектора, который используется в качестве сигнала вертикально поляризованной
Figure 00000030
компоненты комплексного АФР. Формирование сигналов максимального собственного значения и максимального собственного вектора осуществляется известными способами [4, стр.170].In the shaper 8 (1) of spectral densities by multiplication and averaging of complex conjugate spectral densities, an N × N spatial correlation matrix is formed in the form
Figure 00000028
where () * - means complex conjugation. From a spatial correlation matrix signal
Figure 00000029
the maximum eigenvalue signal and the corresponding eigenvector signal are generated, which is used as a signal of vertically polarized
Figure 00000030
components of complex AFR. The formation of signals of maximum eigenvalue and maximum eigenvector is carried out by known methods [4, p. 170].

Одновременно в формирователе 8(2) из спектральных плотностей

Figure 00000026
аналогичным способом формируются сигналы горизонтально поляризованных
Figure 00000031
компонент комплексного АФР.At the same time in the shaper 8 (2) of spectral densities
Figure 00000026
in a similar way, horizontally polarized signals are formed
Figure 00000031
component of complex AFR.

Сигналы вертикально поляризованной

Figure 00000032
и горизонтально поляризованной
Figure 00000033
компонент комплексного АФР поступают в устройство 5.Signals Vertically Polarized
Figure 00000032
and horizontally polarized
Figure 00000033
component of complex AFR enter device 5.

В устройстве 5 выполняются следующие действия:The device 5 performs the following actions:

- объединяются сигналы вертикально поляризованной

Figure 00000032
и горизонтально поляризованной
Figure 00000033
компонент в сигнал двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000034
.- signals of vertically polarized are combined
Figure 00000032
and horizontally polarized
Figure 00000033
component into the signal of a two-component complex AFR
Figure 00000034
.

Отметим, что сигнал двухкомпонентного комплексного АФР на

Figure 00000001
частоте представляет собой 2N×1 матричный сигнал
Figure 00000035
с элементами в виде вектор-столбцов
Figure 00000036
и
Figure 00000037
;Note that the signal of a two-component complex AFR on
Figure 00000001
frequency is a 2N × 1 matrix signal
Figure 00000035
with elements in the form of vector columns
Figure 00000036
and
Figure 00000037
;

- по сигналам двухкомпонентного комплексного АФР

Figure 00000038
выполняют обнаружение и частотно-пространственную локализацию радиосигналов.- based on signals from a two-component complex AFR
Figure 00000038
perform detection and frequency-spatial localization of radio signals.

При этом для повышения эффективности обнаружения и частотно-пространственной локализации широкополосных радиосигналов в условиях априорной неопределенности в устройстве 5 выполняются следующие действия:Moreover, to increase the detection efficiency and frequency-spatial localization of broadband radio signals under conditions of a priori uncertainty in the device 5, the following actions are performed:

- формируются квадраты модулей комплексных коэффициентов взаимной корреляции сигнала двухкомпонентного комплексного АФР

Figure 00000039
на частоте
Figure 00000023
с сигналом двухкомпонентного АФР
Figure 00000040
на всех остальных частотах
Figure 00000041
полосы приема,
Figure 00000017
по формуле
Figure 00000042
где ()+ обозначает эрмитово сопряжение, которая в развернутой форме имеет следующий вид:- squares of the modules of the complex coefficients of cross-correlation of the signal of the two-component complex AFR are formed
Figure 00000039
on frequency
Figure 00000023
with two-way AFR signal
Figure 00000040
at all other frequencies
Figure 00000041
reception bands
Figure 00000017
according to the formula
Figure 00000042
where () + denotes Hermitian conjugation, which in expanded form has the following form:

Figure 00000043
Figure 00000043

Отметим, что эта формула является более общей по сравнению с формулой, используемой в способе-прототипе

Figure 00000044
которая предусматривает формирование квадратов модулей коэффициентов взаимной корреляции только сигналов вертикально поляризованных компонент
Figure 00000032
и
Figure 00000045
идентифицируемых составляющих поля локализуемых сигналов.Note that this formula is more general than the formula used in the prototype method
Figure 00000044
which provides for the formation of squared modules of cross-correlation coefficients of only signals of vertically polarized components
Figure 00000032
and
Figure 00000045
identifiable field components of localized signals.

Таким образом, данная операция, являясь одной из основных при достижении технического результата, обеспечивает поляризационную независимость идентификации составляющих поля локализуемых широкополосных радиосигналов и, как следствие, повышает эффективность их обнаружения и локализации.Thus, this operation, being one of the main when achieving a technical result, provides polarization independence for the identification of the field components of localized broadband radio signals and, as a result, increases the efficiency of their detection and localization.

Физически на данном этапе производится проверка величины комплексной взаимной корреляции сигналов двухкомпонентных комплексных АФР

Figure 00000046
, принятых решеткой антенн на разных частотах полосы приема. Это означает, что сигналы частотных составляющих полосы приема, имеющие одинаковые двухкомпонентные АФР или, что эквивалентно, имеющие одинаковые поляризации и углы прихода, будут идентифицированы как радиосигнал, принадлежащий одному передатчику;Physically, at this stage, the magnitude of the complex cross-correlation of the signals of two-component complex AFRs is checked
Figure 00000046
received by the antenna array at different frequencies of the reception band. This means that the signals of the frequency components of the reception band having the same two-component AFR or, equivalently, having the same polarization and angles of arrival, will be identified as a radio signal belonging to one transmitter;

- сравниваются квадраты модулей коэффициентов взаимной корреляции

Figure 00000047
с порогом.- compares the squares of the modules of the cross-correlation coefficients
Figure 00000047
with a threshold.

Порог выбирается исходя из условия минимизации вероятности ложной тревоги;The threshold is selected based on the condition of minimizing the probability of false alarm;

- радиосигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяются в сигнал, который идентифицируется как i-й обнаруженный радиосигнал, принадлежащий одному передатчику;- radio signals with frequencies at which the threshold is exceeded are combined into a signal that is identified as the i-th detected radio signal belonging to one transmitter;

- фиксируется полоса частот локализации i-го радиосигнала.- the localization band of the i-th radio signal is fixed.

Полученные в устройстве 5 двухкомпонентные комплексные АФР

Figure 00000046
и полоса частот локализации в виде двоичных чисел
Figure 00000048
отличных от нуля в полосе частот локализации i-го радиосигнала, поступают в устройство 6.Obtained in the device 5 two-component complex AFR
Figure 00000046
and localization frequency band in the form of binary numbers
Figure 00000048
non-zero in the frequency band localization of the i-th radio signal, enter the device 6.

В устройстве 6 выполняются следующие действия:The device 6 performs the following actions:

- усреднением двухкомпонентных комплексных АФР

Figure 00000049
в найденной полосе частот локализации формируется сигнал двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го радиосигнала
Figure 00000050
где
Figure 00000051
- двоичные числа (0,1), отличные от нуля в полосе частот локализации i-го радиосигнала,
Figure 00000052
- индекс, соответствующий средней частоте спектра i-го радиосигнала;- averaging of two-component complex AFR
Figure 00000049
in the found localization frequency band, a signal of a two-component complex AFR (i) of the i-th radio signal is formed
Figure 00000050
Where
Figure 00000051
- binary numbers (0,1), nonzero in the localization frequency band of the i-th radio signal,
Figure 00000052
- index corresponding to the average frequency of the spectrum of the i-th radio signal;

- по полученному АФР(i)

Figure 00000053
формируется двумерный комплексный угловой спектр, по которому определяется азимут и угол места передатчика i-го обнаруженного радиосигнала.- according to received AFR (i)
Figure 00000053
a two-dimensional complex angular spectrum is formed, which determines the azimuth and elevation angle of the transmitter of the i-th detected radio signal.

Формирование двумерного комплексного углового спектра может быть осуществлено различными способами, например классическим способом формирования луча или способами высокого разрешения, описанными в [5].The formation of a two-dimensional complex angular spectrum can be carried out in various ways, for example, the classical method of beam formation or high resolution methods described in [5].

При использовании классического способа формирования луча выполняется преобразование сигнала двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го радиосигнала

Figure 00000054
в сигнал двумерного комплексного углового спектра путем его умножения на фазирующую функцию, представляющую собой взвешенную комплексными коэффициентами поляризации сумму двух ортогонально поляризованных векторов наведения.When using the classical method of beam forming, the signal is converted from a two-component complex AFR (i) of the i-th radio signal
Figure 00000054
into a signal of a two-dimensional complex angular spectrum by multiplying it by a phasing function, which is the sum of two orthogonally polarized guidance vectors weighted by complex polarization coefficients.

Направление, соответствующее максимальному согласованию АФР(i)

Figure 00000053
и фазирующей функции по азимуту, углу места и поляризации, идентифицируется как азимутально-угломестное направление на передатчик i-го обнаруженного радиосигнала.Direction corresponding to the maximum approval of the PRA (i)
Figure 00000053
and the phasing function in azimuth, elevation and polarization, is identified as the azimuthal elevation direction to the transmitter of the i-th detected radio signal.

Полученные азимут и угол места передатчика i-го обнаруженного радиосигнала поступают на внешние системы.The obtained azimuth and elevation angle of the transmitter of the i-th detected radio signal are transmitted to external systems.

Из приведенного описания следует, что в результате использования операций оценки поляризационно-угловой близости идентифицируемых составляющих поля локализуемых сигналов устройство, содержащее антенную систему из N антенных элементов, многоканальный преобразователь частоты, многоканальный АЦП и многопроцессорный вычислитель, обеспечивает эффективное обнаружение и частотно-пространственную локализацию неизвестных сигналов.From the above description, it follows that as a result of using the operations of assessing the polarization-angular proximity of identifiable components of the field of localized signals, a device containing an antenna system of N antenna elements, a multichannel frequency converter, a multichannel ADC and a multiprocessor calculator provides effective detection and frequency-spatial localization of unknown signals .

Так, например, описанное устройство с антенной системой, содержащей N антенн, каждая из которых состоит из вертикально поляризованного и горизонтально поляризованного антенного элемента с независимым выходом, обеспечивает по сравнению с устройством, реализующим способ-прототип, повышение чувствительности обнаружения и частотно-пространственной локализации сигналов с линейной наклонной поляризацией, близкой к горизонтальной, на 5 дБ.So, for example, the described device with an antenna system containing N antennas, each of which consists of a vertically polarized and horizontally polarized antenna element with an independent output, provides an increase in detection sensitivity and frequency-spatial localization of signals in comparison with a device that implements a prototype method with linear oblique polarization close to horizontal by 5 dB.

Таким образом, предложенный способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных сигналов за счет дополнительной информации, извлекаемой путемThus, the proposed method of polarization-independent detection and localization of broadband signals due to additional information extracted by

использования поляризационных параметров сигналов в качестве дополнительного признака идентификации составляющих поля локализуемых сигналов,the use of polarization parameters of the signals as an additional sign of identification of the components of the field of localized signals,

применения операций формирования сигналов двухкомпонентного комплексного АФР, включающего вертикально и горизонтально поляризованные компоненты поля принимаемых сигналов,the application of the operations of generating signals of a two-component complex AFR, including vertically and horizontally polarized field components of the received signals,

применения операций оценки поляризационно-угловой близости идентифицируемых составляющих поля локализуемых сигналов,application of operations for assessing the polarization-angular proximity of identifiable field components of localized signals,

обеспечивает повышение эффективности обнаружения и частотно-пространственной локализации широкополосных сигналов источников радиоизлучений в условиях априорной неопределенности относительно вида поляризации, углов прихода, ширины спектра и положения спектра на оси частот принимаемых сигналов.provides an increase in the efficiency of detection and frequency-spatial localization of broadband signals from radio sources under conditions of a priori uncertainty regarding the type of polarization, arrival angles, spectral width and spectrum position on the frequency axis of the received signals.

Источники информацииInformation sources

1. US, патент, 5032844, кл. G01S 5/04, 1991 г.1. US patent 5032844, CL G01S 5/04, 1991

2. RU, патент, 2190236, МПК G01S 5/04, 2002 г.2. RU, patent, 2190236, IPC G01S 5/04, 2002

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

4. Беклемишев Д.В. Дополнительные главы линейной алгебры. М.: Наука. 1983.4. Beklemishev D.V. Additional chapters of linear algebra. M .: Science. 1983.

5. Ferrara E.R., Parks T.M. Direction Finding with an Array of Antennas Having Diverse Polarizations // IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. АР - 31, p.231-236, March 1983.5. Ferrara E.R., Parks T.M. Direction Finding with an Array of Antennas Having Diverse Polarizations // IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. AR - 31, p.231-236, March 1983.

Claims (2)

1. Способ поляризационно-независимого обнаружения и локализации широкополосных радиосигналов, заключающийся в том, что принимают радиосигналы N вертикально поляризованными антеннами в заданной полосе частот, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы, из цифровых сигналов на каждой i-й частоте полосы приема формируют сигнал вертикально поляризованной компоненты
Figure 00000055
комплексного амплитудно-фазового распределения (АФР), отличающийся тем, что дополнительно принимают радиосигналы N горизонтально поляризованными антеннами, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в цифровые сигналы, из которых на каждой l-й частоте полосы приема формируют сигнал горизонтально поляризованной компоненты
Figure 00000056
комплексного АФР, объединяют сигналы вертикально поляризованной
Figure 00000057
и горизонтально поляризованной
Figure 00000058
компонент в сигнал двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000059
, по сигналам двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000060
выполняют обнаружение и частотно-пространственную локализацию радиосигналов, при этом обнаружение и частотную локализацию радиосигналов осуществляют путем формирования квадратов модулей комплексных коэффициентов взаимной корреляции сигнала двухкомпонентного комплексного АФР
Figure 00000061
на частоте l с сигналом двухкомпонентного АФР
Figure 00000062
на всех остальных частотах l' полосы приема, сравнивают квадраты модулей коэффициентов взаимной корреляции К(l,l') с порогом, радиосигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяют в сигнал, который идентифицируют как i-й обнаруженный радиосигнал, принадлежащий одному передатчику, и фиксируют полосу частот его локализации, а пространственную локализацию радиосигналов осуществляют путем формирования сигнала двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го обнаруженного радиосигнала, преобразования сигнала двухкомпонентного АФР(i) в двумерный комплексный угловой спектр и определения по угловому спектру азимута и угла места передатчика i-го обнаруженного радиосигнала.
1. The method of polarization-independent detection and localization of broadband radio signals, which consists in receiving radio signals N by vertically polarized antennas in a given frequency band, synchronously converting the ensemble of received signals into digital signals, generating a signal from digital signals at each i-th frequency of the reception band vertically polarized components
Figure 00000055
complex amplitude-phase distribution (AFR), characterized in that they additionally receive radio signals N with horizontally polarized antennas, synchronously transform the ensemble of received signals into digital signals, from which a signal of horizontally polarized component is formed at each l-th frequency of the reception band
Figure 00000056
integrated AFR, combine vertically polarized signals
Figure 00000057
and horizontally polarized
Figure 00000058
component into the signal of a two-component complex AFR
Figure 00000059
, based on the signals of a two-component complex AFR
Figure 00000060
detect and frequency-spatial localization of radio signals, while the detection and frequency localization of radio signals is carried out by forming the squares of the modules of the complex coefficients of cross-correlation of the signal of a two-component complex AFR
Figure 00000061
at frequency l with a two-component AFR signal
Figure 00000062
at all other frequencies of the reception band l ', compare the squared modules of the cross-correlation coefficients K (l, l') with the threshold, radio signals with frequencies at which the threshold is exceeded, are combined into a signal that is identified as the i-th detected radio signal belonging to one transmitter and the fixed frequency band localization and spatial localization of radio signals is carried out by forming a complex binary signal PRA (i) i-th detected radio signal, converting binary signal PRA (i) at dd dimensional complex angular spectrum and determining the angular range and azimuth angle of the transmitter i-th place of the detected radio signal.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование сигнала двухкомпонентного комплексного АФР(i) i-го обнаруженного радиосигнала осуществляют путем усреднения сигналов двухкомпонентных комплексных АФР
Figure 00000063
в полосе частот его локализации.
2. The method according to claim 1, characterized in that the signal formation of a two-component complex AFR (i) of the i-th detected radio signal is carried out by averaging the signals of two-component complex AFR
Figure 00000063
in the frequency band of its localization.
RU2009109668/09A 2009-03-17 2009-03-17 Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals RU2410707C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009109668/09A RU2410707C2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009109668/09A RU2410707C2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009109668A RU2009109668A (en) 2010-09-27
RU2410707C2 true RU2410707C2 (en) 2011-01-27

Family

ID=42939802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009109668/09A RU2410707C2 (en) 2009-03-17 2009-03-17 Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2410707C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702102C1 (en) * 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 Method for polarization direction finding of radio signals using a tri-orthogonal antenna system
RU2720588C1 (en) * 2018-11-15 2020-05-12 Игорь Валерьевич Демичев Method and device for spatial selection of electromagnetic waves with subsequent polarization processing of signals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702102C1 (en) * 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 Method for polarization direction finding of radio signals using a tri-orthogonal antenna system
RU2720588C1 (en) * 2018-11-15 2020-05-12 Игорь Валерьевич Демичев Method and device for spatial selection of electromagnetic waves with subsequent polarization processing of signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009109668A (en) 2010-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BouDaher et al. Sparsity-based direction finding of coherent and uncorrelated targets using active nonuniform arrays
US10955542B2 (en) Radar apparatus and direction-of-arrival estimation device
RU2624449C1 (en) Method of polarisation deprecition of radiosignals
KR100336550B1 (en) Direction finder and device for processing measurement results for the same
RU2393498C2 (en) Method of polarisation sensitive radio signal direction finding (versions)
JP2017036990A (en) Arrival direction estimation device
Tabrikian et al. Transmission diversity smoothing for multi-target localization [radar/sonar systems]
Li et al. A Barankin-type bound on direction estimation using acoustic sensor arrays
US11754658B2 (en) Radio station for client localization in multipath indoor environment
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
Wang et al. Design of optimum sparse array for robust MVDR beamforming against DOA mismatch
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2491569C2 (en) Method of direction finding with increased resolution ability
RU2546329C1 (en) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2410707C2 (en) Method of polarisation-independent detection and localisation of wideband radio signals
RU2529483C1 (en) Method for stealth radar location of mobile objects
Belfiori et al. Digital beam forming and compressive sensing based DOA estimation in MIMO arrays
RU2431862C1 (en) Polarisation independent direction finding method of multi-beam radio signals
RU2385467C1 (en) Method for spatial polarisation-sensitive localisation of multibeam radio signals
Yong et al. Echo DOA based high-resolution target location
RU2309425C2 (en) Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions)
Zheng et al. Joint DOD and DOA estimation for bistatic polarimetric MIMO radar
Haefner et al. Selection of antenna array configuration for polarimetric direction finding in correlated signal environments
RU2309422C2 (en) Method of direction finding of multiple beam signals
RU2713235C1 (en) Method to increase accuracy of direction finding of radio-frequency sources by detector-direction finder with multiscale antenna system

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: 20190318