RU2410712C1 - Method of detecting aerial objects - Google Patents
Method of detecting aerial objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410712C1 RU2410712C1 RU2009122529/09A RU2009122529A RU2410712C1 RU 2410712 C1 RU2410712 C1 RU 2410712C1 RU 2009122529/09 A RU2009122529/09 A RU 2009122529/09A RU 2009122529 A RU2009122529 A RU 2009122529A RU 2410712 C1 RU2410712 C1 RU 2410712C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- compressed
- reflected
- objects
- search
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и отраженных от воздушных объектов сигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.The invention relates to radio engineering and can be used in airspace control systems using direct and reflected signals from airborne objects emitted by many uncontrolled and monitored transmitters of various electronic systems.
Достижение высокой эффективности обнаружения, локализации и идентификации воздушных объектов ограничивается существенной априорной неопределенностью размеров, ориентации в пространстве, отражающих свойств и параметров движения объектов, а также несовершенством известных способов обнаружения и слежения за воздушными объектами.Achieving high efficiency in the detection, localization and identification of airborne objects is limited by significant a priori uncertainty in size, spatial orientation, reflecting properties and parameters of the movement of objects, as well as the imperfection of known methods for detecting and tracking airborne objects.
Технология пассивного обнаружения и слежения за воздушными объектами, использующая естественную "подсветку" воздушных целей, создаваемую на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн: широковещательные (коммерческое FM-радиовещание, телевидение высокой четкости), информационные (связь) и измерительные (управление, навигация), пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения, пространственной локализации и идентификации широкого класса подвижных объектов.The technology of passive detection and tracking of airborne objects, using the natural "illumination" of airborne targets, created at a variety of frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes in the ranges of short, meter, decimeter and centimeter waves: broadcast (commercial FM broadcasting, high-definition television), information ( communication) and measuring (control, navigation), has not yet received sufficient distribution, despite the fact that it can significantly increase stealth and efficiency the detection, spatial localization and identification of a wide class of moving objects.
Известен способ обнаружения воздушных объектов [1], заключающийся в том, чтоA known method of detecting air objects [1], which consists in the fact that
принимают решеткой антенн многочастотные радиосигналы в полосе приема, во много раз превышающей ширину спектра одиночного радиосигнала передатчика, receive multi-frequency radio signals in the reception band by the antenna array many times greater than the spectrum width of a single radio signal of the transmitter,
формируют комплексные временные спектры радиосигналов каждой антенны и спектр мощности радиосигнала опорной антенны,form the complex time spectra of the radio signals of each antenna and the power spectrum of the radio signal of the reference antenna,
по спектру мощности радиосигнала опорной антенны обнаруживают сигналы передатчиков,the power spectrum of the radio signal of the reference antenna detect the signals of the transmitters,
по комплексным временным спектрам формируют двумерные комплексные угловые спектры обнаруженных передатчиков,the complex time spectra form the two-dimensional complex angular spectra of the detected transmitters,
по угловым спектрам определяют азимутальные и угломестные пеленги передатчиков,azimuthal and elevation bearings of the transmitters are determined from the angular spectra,
а после сравнения угломестных пеленгов β с порогом разделяют передатчики на наземные и воздушные и определяют наклонную дальность R до передатчиков воздушных целей по формуле R=H/sinβ, где H - известная высота полета цели.and after comparing elevation bearings β with a threshold, the transmitters are divided into ground and air and the oblique range R to the air targets is determined by the formula R = H / sinβ, where H is the known target altitude.
Данный способ обеспечивает эффективное обнаружение воздушных объектов, оснащенных передатчиками радиосигналов. Однако в условиях радиомолчания данный способ теряет свою эффективность.This method provides effective detection of airborne objects equipped with radio signal transmitters. However, in conditions of radio silence, this method loses its effectiveness.
Более эффективным является способ обнаружения воздушных объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:More effective is the method of detecting air objects [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:
выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром,choose transmitters that emit spread-spectrum radio signals,
синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и отраженные от объектов радиосигналы этих передатчиков,synchronously receive an array of antennas at a plurality of search frequencies multipath radio signals, including direct radio signals of the transmitters and the radio signals of these transmitters reflected from objects,
синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы,synchronously transform the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals,
на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют прямые и сжатые отраженные сигналы,at each search frequency, digital and direct reflected signals are generated from digital signals,
сравнивают на каждой частоте поиска выделенные прямые и отраженные сигналы и определяют временные задержки, доплеровские сдвиги и направления прихода отраженных сигналов,comparing selected direct and reflected signals at each search frequency and determining time delays, Doppler shifts and directions of arrival of reflected signals,
по временным задержкам, доплеровским сдвигам и направлениям прихода выполняют обнаружение и пространственную локализацию воздушных объектов.by time delays, Doppler shifts and directions of arrival, the detection and spatial localization of air objects are performed.
Способ-прототип не требует наличия на борту обнаруживаемого воздушного объекта передатчика, излучающего радиосигналы, так как обеспечивает обнаружение и слежение за воздушными объектами, используя естественную "подсветку" воздушных объектов, создаваемую на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения. Эффективность способа-прототипа зависит от ряда факторов, из которых наиболее важны геометрическое расположение источников излучения, их мощность и эффективная площадь рассеяния цели.The prototype method does not require a transmitter emitting radio signals on board a detectable airborne object, since it provides detection and tracking of airborne objects using the natural "illumination" of airborne objects created at multiple frequencies by radio emissions from various transmitters. The effectiveness of the prototype method depends on a number of factors, of which the geometric arrangement of radiation sources, their power, and the effective scattering area of the target are most important.
Однако при обнаружении широкого класса воздушных объектов в условиях априорной неопределенности формы, размеров и отражающих свойств объектов данный способ теряет свою эффективность.However, when a wide class of airborne objects is detected under conditions of a priori uncertainty of the shape, size and reflective properties of objects, this method loses its effectiveness.
Потеря эффективности связана с тем, что при наличии большого разнообразия целей (большие, средние, малые самолеты и беспилотные летательные аппараты, вертолеты, ракеты, спускаемые аппараты) практически невозможно заранее обеспечить оптимальный набор факторов их эффективного обнаружения. Это обусловлено тем, что диаграмма рассеяния сложной цели, примером которой является, например, самолет, существенно зависит от направлений облучения и приема, а также от отношения характерных размеров цели и длины волны (частоты) облучения. Чем больше отношение характерного размера цели к длине волны, тем сильнее проявляется интерференционный характер зависимости эффективной отражающей площади цели от угла наблюдения. При этом изменение направления облучения или приема на доли градуса может изменить уровень отраженного сигнала на десятки децибел. Аналогичные изменения уровня отраженного сигнала наблюдаются при изменении частоты облучающего сигнала.The loss of efficiency is due to the fact that in the presence of a wide variety of targets (large, medium, small planes and unmanned aerial vehicles, helicopters, rockets, descent vehicles) it is almost impossible to provide an optimal set of factors for their effective detection in advance. This is because the scattering diagram of a complex target, an example of which is, for example, an airplane, significantly depends on the directions of exposure and reception, as well as on the ratio of the characteristic dimensions of the target and the wavelength (frequency) of the exposure. The larger the ratio of the characteristic size of the target to the wavelength, the stronger is the interference character of the dependence of the effective reflecting area of the target on the viewing angle. In this case, a change in the direction of exposure or reception by a fraction of a degree can change the level of the reflected signal by tens of decibels. Similar changes in the level of the reflected signal are observed when the frequency of the irradiating signal changes.
В связи с этим основной недостаток способа-прототипа (потеря эффективности обнаружения в условиях априорной неопределенности формы, размеров и отражающих свойств объектов) может быть устранен применением операций адаптивной обработки принятых на множестве частот поиска отраженных сигналов.In this regard, the main disadvantage of the prototype method (loss of detection efficiency under conditions of a priori uncertainty of the shape, size and reflective properties of objects) can be eliminated by the use of adaptive processing operations adopted at a plurality of reflected signal search frequencies.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности (информативности, точности и вычислительной эффективности) поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов одной станцией обнаружения-пеленгования в условиях априорной неопределенности формы, размеров и отражающих свойств объектов.The technical result of the invention is to increase the efficiency (information content, accuracy and computational efficiency) of search, spatial localization and identification of the type of a wide class of airborne objects by one detection-direction finding station under conditions of a priori uncertainty of the shape, size and reflective properties of objects.
Повышение эффективности достигается за счет дополнительной информации, извлекаемой путем идентификации и выделения из множества принятых сигналов подмножества энергетически эффективных отраженных от обнаруживаемых воздушных объектов сигналов и использования выделенного подмножества сигналов для избирательного поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов.The increase in efficiency is achieved due to additional information extracted by identifying and extracting from the set of received signals a subset of the energy-efficient signals reflected from the detected air objects and using the selected subset of signals for selective search, spatial localization and identification of the type of a wide class of air objects.
Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения воздушных объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые сигналы передатчиков и отраженные от объектов сигналы этих передатчиков, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами сигналов в цифровые сигналы, на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют цифровые прямые и сжатые отраженные сигналы, согласно изобретению на множестве частот поиска идентифицируют направления прихода сжатых отраженные сигналов, из сжатых отраженных сигналов каждого направления выделяют и запоминают энергетически эффективные сжатые отраженные сигналы и соответствующее им сокращенное множество частот поиска, которые используют для избирательного поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов.The technical result is achieved by the fact that in the method of detecting airborne objects, which consists in selecting transmitters emitting spread-spectrum radio signals, synchronously receiving an array of antennas at a plurality of search frequencies, multi-beam radio signals including direct transmitter signals and the signals of these transmitters reflected from objects synchronously they transform the ensemble of signals received by the antennas into digital signals; at each search frequency, digital direct and compressed reflected signals are formed from digital signals According to the invention, at a plurality of search frequencies, the arrival directions of compressed reflected signals are identified, energy-efficient compressed reflected signals and the corresponding reduced set of search frequencies that are used for selective search, spatial localization and identification of a wide class type are extracted and stored from the compressed reflected signals of each direction aerial objects.
Возможны частные случаи осуществления способа:Particular cases of the method are possible:
1. Идентификацию направлений прихода сжатых отраженных сигналов на множестве частот поиска осуществляют путем формирования по множеству частот поиска трехмерной выборочной функции распределения (ВФР) сжатых отраженных сигналов по азимуту, углу места и временной задержке, определения количества максимумов ВФР, идентификации каждого максимума ВФР как отдельное направление прихода сжатых отраженных сигналов с соответствующими этим максимумам значениями азимута, угла места и задержки.1. Identification of the arrival directions of compressed reflected signals at a set of search frequencies is carried out by forming a set of three-dimensional selective distribution function (WFR) of compressed reflected signals by azimuth, elevation angle and time delay, determining the number of WFR maxima, identifying each WFR maximum as a separate direction the arrival of compressed echoes with azimuth, elevation, and delay corresponding to these maxima.
Это повышает информативность поиска и пространственной локализации.This increases the information content of the search and spatial localization.
2. Выделение энергетически эффективных сжатых отраженных сигналов каждого направления и соответствующего им сокращенного множества частот поиска осуществляют путем формирования амплитудно-частотного распределения (АЧР) сжатых отраженных сигналов направления, сравнения АЧР с порогом и выделения энергетически эффективных сжатых отраженных сигналов направления и соответствующего сокращенного множества частот поиска.2. The selection of energy-efficient compressed reflected signals of each direction and the corresponding abbreviated set of search frequencies is carried out by forming the amplitude-frequency distribution (AFC) of compressed reflected direction signals, comparing the AFC with a threshold and extracting energy-efficient compressed reflected direction signals and the corresponding reduced set of search frequencies .
Это повышает точность последующей локализации и идентификации широкого класса объектов за счет адаптации к флуктуациям отраженных сигналов, интенсивность которых существенно зависит от отношения характерных размеров объектов и длины волны (частоты) облучения, а также от направлений облучения и приема сигнала.This increases the accuracy of subsequent localization and identification of a wide class of objects due to adaptation to fluctuations of the reflected signals, the intensity of which substantially depends on the ratio of the characteristic size of the objects and the wavelength (frequency) of the irradiation, as well as on the directions of irradiation and signal reception.
3. Избирательный поиск, пространственную локализацию и идентификацию типа широкого класса воздушных объектов осуществляют путем усреднения на сокращенном множестве частот значений задержки, относительного доплеровского сдвига, азимутов и углов места сжатых сигналов каждого i-го направления, обнаружения и формирования пространственных координат i-го воздушного объекта по усредненным значениям задержки, относительного доплеровского сдвига, азимута и угла места сжатых сигналов i-го направления, вычисления эффективной отражающей площади (ЭОП) i-го объекта на каждой частоте сокращенного множества по значениям его дальности, мощности отраженного сигнала i-го направления и мощности излучения радиопередатчика, идентификации типа i-го объекта по среднему значению ЭОП.3. Selective search, spatial localization and identification of the type of a wide class of airborne objects is carried out by averaging over a reduced set of frequencies the values of delay, relative Doppler shift, azimuths and elevation angles of compressed signals of each i-th direction, detection and formation of spatial coordinates of the i-th air object by average values of delay, relative Doppler shift, azimuth and elevation angle of compressed signals of the i-th direction, calculation of the effective reflecting area and (image intensifier) of the i-th object at each frequency of the abbreviated set according to its range, power of the reflected signal of the i-th direction and radiation power of the radio transmitter, identification of the type of the i-th object by the average value of the image intensifier.
Это повышает точность пространственной локализации объектов, а также информативность и вычислительную эффективность поиска широкого класса воздушных объектов.This increases the accuracy of spatial localization of objects, as well as the information content and computational efficiency of the search for a wide class of airborne objects.
Таким образом, за счет дополнительной информации, извлекаемой путем идентификации и выделения из множества принятых сигналов подмножества энергетически эффективных отраженных от обнаруживаемых воздушных объектов сигналов и использования выделенного подмножества сигналов для избирательного поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, due to the additional information extracted by identifying and extracting from the set of received signals a subset of the energy-efficient signals reflected from the detected air objects and using the selected subset of signals for selective search, spatial localization and identification of the type of a wide class of air objects, it is possible to solve the problem with achieving specified technical result.
Операции способа поясняются чертежами:The operation of the method is illustrated by drawings:
Фиг.1. Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ обнаружения воздушных объектов;Figure 1. Block diagram of a device that implements the proposed method for detecting air objects;
Фиг.2. Схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ обнаружения воздушных объектов;Figure 2. Functional diagram of a device that implements the proposed method for detecting airborne objects;
Фиг.3. Сечения модуля комплексной двумерной взаимно корреляционной функции;Figure 3. Section of the module of a complex two-dimensional cross-correlation function;
Фиг.4. Трехмерная выборочная функция распределения сжатых отраженных сигналов;Figure 4. Three-dimensional selective distribution function of compressed echoes;
Фиг.5. Особенности формирования элементов трехмерной выборочной функции распределения;Figure 5. Features of the formation of elements of a three-dimensional selective distribution function;
Фиг.6. Диаграммы рассеяния объекта;6. Object scattering diagrams;
Фиг.7. Схема выделения энергетически эффективных сжатых сигналов лучей и соответствующего им сокращенного множества частот поиска;7. The allocation scheme of energy-efficient compressed beam signals and the corresponding reduced set of search frequencies;
Фиг.8. Схема определения координат воздушного объекта;Fig. 8. The scheme for determining the coordinates of an air object;
Фиг.9. Схема определения координат воздушного объекта при использовании одного передатчика.Fig.9. The scheme for determining the coordinates of an air object when using one transmitter.
Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2 и вычислительную систему 3.The device (figure 1), which implements the proposed method, contains a series-connected system for receiving and pre-processing 1, a system for modeling and selection of radio transmitters (RPD) 2 and a
В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает К устройств приема и обработки 1-k, каждое из которых состоит из антенной решетки 1-k-1, , преобразователя частоты 1-k-2, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1-k-3, формирователя прямого сигнала 1-k-4, формирователя сжатых отраженных сигналов 1-k-5, АЦП 1-k-6, преобразователя частоты 1-k-7 и антенной решетки 1-k-8.In turn, the receiving and preprocessing
Вычислительная система 3 включает устройство идентификации 3-1, формирователь сокращенного множества сигналов 3-2, устройство обнаружения, локализации и идентификации объектов 3-3 и устройство отображения 3-4.
При этом система 2 соединена с входами устройств 3-3 и 3-4, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, устройство 3 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам.In this case,
Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для многоканального приема на множестве K частот поиска и предварительной обработки прямых сигналов передатчиков и отраженных от воздушных объектов сигналов этих передатчиков.
Каждое устройство 1-k предназначено для приема на отдельной k-й частоте многолучевого радиосигнала и формирования из принятого радиосигнала цифрового прямого сигнала передатчика и цифровых сжатых отраженных от воздушных объектов сигналов этого передатчика. При этом антенная решетка 1-k-1, преобразователь 1-k-2, АЦП 1-k-3 и формирователь 1-k-4 предназначены для формирования прямого сигнала передатчика, а антенная решетка 1-k-8, преобразователь 1-k-7, АЦП 1-k-6 и формирователь 1-k-5 предназначены для формирования сжатых отраженных от воздушных объектов радиосигналов этого передатчика.Each 1-k device is designed to receive a multipath radio signal at a separate kth frequency and to generate a digital direct transmitter signal and digital compressed signals of this transmitter reflected from airborne objects from the received radio signal. In this case, the 1-k-1 antenna array, 1-k-2 converter, 1-k-3 ADC and 1-k-4 driver are designed to generate a direct transmitter signal, and the 1-k-8 antenna array, 1-k converter -7, 1-k-6 ADC and 1-k-5 driver are designed to form compressed radio signals of this transmitter reflected from airborne objects.
Отметим, что возможны случаи, когда радиосигнал передатчика априорно известен. В таких случаях прямой сигнал передатчика может быть сформирован путем моделирования в системе 2. При этом канал приема и обработки, включающий антенную решетку 1-k-1, преобразователь 1-k-2, АЦП 11-k-3 и формирователь 1-k-4, может быть использован для приема и формирования сжатых отраженных сигналов на дополнительной частоте поиска. В связи с этим число используемых передатчиков и, следовательно, одновременно контролируемых частот может достигать 2K.Note that there may be cases when the radio signal of the transmitter is a priori known. In such cases, a direct transmitter signal can be generated by modeling in
Устройства 1-k системы 1 могут быть идентичными. Для этого эти устройства должны быть выполнены в сверхширокополосном исполнении. Более простым может быть вариант построения устройств 1-k, при котором эти устройства перекрывают смежные поддиапазоны рабочих частот.Devices 1-k of
Антенные решетки 1-k-1 и 1-k-8 состоят из N антенн с номерами . Каждая антенна является направленной и содержит экран для улучшения направленности. Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать измерение азимутально-угломестного направления прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной. 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 должна иметь антенные элементы с отличающимися векторными диаграммами направленности.Antenna arrays 1-k-1 and 1-k-8 consist of N antennas with numbers . Each antenna is directional and contains a screen to improve directivity. The spatial configuration of the antenna array should provide measurements of the azimuthal elevation direction of arrival of the radio signals and can be of any spatial configuration: flat rectangular, flat circular or surround, in particular conformal. To improve the distinction of signals not only in space, but also in polarization, a significant difference in the polarization responses of the array antennas is required, that is, the antenna array must be heterogeneous (heterogeneous), that is, it must have antenna elements with different vector radiation patterns.
Преобразователи частоты 1-k-2 и 1-k-7 являются N-канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов.Frequency converters 1-k-2 and 1-k-7 are N-channel, are made with a common local oscillator and with the bandwidth of each channel, variable in accordance with the width of the spectrum of the received radio signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception.
АЦП 1-k-3 и 1-k-6 также являются N-канальными и синхронизированы сигналом опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан).The 1-k-3 and 1-k-6 ADCs are also N-channel and are synchronized by the reference oscillator signal (for simplicity, the reference oscillator is not shown in the diagram).
Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB-диапазоне, то вместо преобразователей частоты 1-k-2 и 1-k-7 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, каждый преобразователь частоты 1-k-2 и 1-k-7 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 подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.If the resolution and speed of the ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of the input signals, as, for example, in the KB range, then frequency selective bandpass filters and amplifiers can be used instead of frequency converters 1-k-2 and 1-k-7. In addition, each frequency converter 1-k-2 and 1-k-7 provides the connection of one of the antennas instead of all the antennas of the array to periodically calibrate the channels using an external signal source in order to eliminate their amplitude-phase non-identity. Calibration by internal signal source is possible. In this case, a noise generator can be used, the output of which is also connected instead of all antennas for periodic calibration of channels.
Формирователи 1-k-4 и 1-k-5 представляют собой вычислительные устройства и предназначены для формирования соответственно прямого и сжатых отраженных цифровых сигналов.Shapers 1-k-4 and 1-k-5 are computing devices and are designed to generate respectively direct and compressed reflected digital signals.
Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления совокупности передатчиков, облучающих заданную область воздушного пространства радиосигналами с расширенным спектром, а также формирования модельных сигналов выбранных передатчиков.
Вычислительная система 3 предназначена для идентификации направлений прихода отраженных сигналов или, другими словами, разделения всего множества отраженных сигналов на группы, отличающиеся направлениями прихода сигналов. Кроме того, система 3 предназначена для формирования сокращенного множества энергетически эффективных сжатых отраженных сигналов каждого направления, обнаружения воздушных объектов с использованием сокращенного множества энергетически эффективных сжатых отраженных сигналов, формирования пространственных координат и идентификации типа обнаруженных воздушных объектов.
Укрупненная схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ обнаружения воздушных объектов, представлена на фиг.2. Схема включает четыре передатчика РПД1, …, РПД4, излучающих радиосигналы с расширенным спектром на множестве частот fk=1, …, fk=4, а также станцию обнаружения-пеленгования (СОП). Радиосигналы передатчиков РПД 1, …, РПД4 распространяются земной волной, которая принимается станцией обнаружения-пеленгования в виде прямых радиосигналов, а также облучающей заданную область воздушного пространства прямой волной, принимаемой станцией обнаружения-пеленгования в виде отраженных от воздушного объекта радиосигналов.An enlarged diagram of the functioning of the device that implements the proposed method for detecting air objects is presented in figure 2. The scheme includes four transmitters RPD1, ..., RPD4 emitting spread-spectrum radio signals at the set of frequencies f k = 1 , ..., f k = 4 , as well as a detection-direction finding (SOP) station. The radio signals of the
В станции обнаружения-пеленгования на каждой частоте fk формируется прямой сигнал, который используется в качестве опорного сигнала при корреляционном разделении многолучевого сигнала на отдельные лучи, т.е. при формировании сжатых отраженных от воздушных объектов сигналов. Из отраженных сигналов выделяются энергетически эффективные сжатые отраженные сигналы и соответствующее им сокращенное множество частот поиска, которые используются для обнаружения, пространственной локализации и идентификации воздушных объектов.In the detection-direction finding station, a direct signal is generated at each frequency f k , which is used as a reference signal in the correlation division of the multipath signal into separate beams, i.e. when forming compressed signals reflected from air objects. From the reflected signals, energy-efficient compressed reflected signals and the corresponding reduced set of search frequencies that are used for detection, spatial localization and identification of airborne objects are distinguished.
Передатчики РПД1, …, РПД4 могут быть условно разделены на два класса: неконтролируемые (неуправляемые) и контролируемые (управляемые). Например, если передатчики РПД1, РПД2 и РПД4 специально не создавались для совместной работы со станцией обнаружения-пеленгования и не имеют линий связи со станцией обнаружения-пеленгования, они могут рассматриваться как неконтролируемые (неуправляемые). В качестве неконтролируемых передатчиков могут быть выбраны любые системы или устройства, излучающие в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн радиосигналы с расширенным спектром и удовлетворяющие следующим требованиям: пространственное размещение, обеспечивающее прямую видимость между передатчиком и системой обнаружения (если параметры радиосигнала с точностью до синхронизации априорно известны, то прямая видимость между передатчиком и системой обнаружения не требуется); тип, частота и мощность излучаемого радиосигнала; отсутствие взаимных интерференционных помех на рабочей частоте передатчика. Примером неконтролируемых передатчиков могут быть широкополосные передатчики цифрового радио- и телевещания, передатчики и ретрансляторы сотовой связи, а также все возрастающее множество широкополосных передатчиков информационных и измерительных радиосистем. Если передатчик РПДЗ специально создан для решения задачи обнаружения воздушных объектов совместно со станцией обнаружения-пеленгования, то этот передатчик может быть отнесен к классу контролируемых (управляемых). При этом для управления его режимами работы предусмотрена линия связи со станцией обнаружения-пеленгования (см. фиг.2).Transmitters RPD1, ..., RPD4 can be conditionally divided into two classes: uncontrolled (uncontrolled) and controlled (managed). For example, if the RPD1, RPD2, and RPD4 transmitters were not specifically created to work together with a detection-direction finding station and do not have communication lines with a detection-direction-finding station, they can be considered as uncontrolled (uncontrolled). As uncontrolled transmitters, any systems or devices emitting in the short, meter, decimeter, and centimeter wavelength ranges can be selected with spread spectrum radio signals and satisfying the following requirements: spatial placement providing direct visibility between the transmitter and the detection system (if the radio signal parameters are accurate to synchronization is a priori known, then direct visibility between the transmitter and the detection system is not required); type, frequency and power of the emitted radio signal; lack of mutual interference interference at the operating frequency of the transmitter. Examples of uncontrolled transmitters are broadband digital radio and television transmitters, cellular transmitters and repeaters, as well as an ever-increasing number of broadband transmitters for information and measurement radio systems. If the RPDZ transmitter is specially designed to solve the problem of detecting airborne objects together with a detection-direction finding station, then this transmitter can be classified as controlled (controlled). At the same time, to control its operating modes, a communication line is provided with a detection-direction finding station (see Fig. 2).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных передатчиках, поступающих от формирователей 1-k-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется совокупность передатчиков, излучающих радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации воздушных объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования. Кроме того, в системе 2 формируются модельные сигналы передатчиков, которые могут быть использованы вместо реальных прямых сигналов передатчиков при априорно известных параметрах синхронизации.In
Параметры выбранного множества передатчиков (номер j=1, …, J, несущая частота, ширина спектра, форма и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно СОП) запоминаются в подсистеме 2, поступают в устройства 3-3 и 3-4, а также используются для настройки преобразователей 1-k-2 и 1-k-7. С целью упрощения цепи управления преобразователями не показаны.The parameters of the selected set of transmitters (number j = 1, ..., J, carrier frequency, spectral width, shape and power of the emitted signal, coordinates or distance and angular position relative to the SOP) are stored in
По сигналу системы 2 каждая пара преобразователей частоты 1-k-2 и 1-k-7 перестраивается на заданную частоту приема fk.According to the signal of
Многолучевые радиосигналы, включающие прямые сигналы передатчиков с расширенным спектром и отраженные от объектов сигналы этих передатчиков, синхронно принимаются K парами антенных решеток 1-k-1 и 1-k-8 на множестве частот поиска fk, . При этом обеспечивается одновременный прием радиосигналов выбранного множества J=K передатчиков.Multipath radio signals, including direct signals of spread spectrum transmitters and the signals of these transmitters reflected from objects, are synchronously received by K pairs of antenna arrays 1-k-1 and 1-k-8 at the set of search frequencies f k , . This ensures the simultaneous reception of radio signals of the selected set of J = K transmitters.
Принятый каждым антенным элементом с номером n каждой антенной решетки 1-k-1 и 1-k-8 зависящий от времени t радиосигнал xkn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в каждом преобразователе 1-k-2 и 1-k-7.The time-dependent radio signal x kn (t) received by each antenna element with number n of each antenna array 1-k-1 and 1-k-8 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in each converter 1-k-2 and 1 -k-7.
Сформированный в преобразователях 1-k-2 и 1-k-7 ансамбль радиосигналов xkn(t) синхронно преобразуется с помощью АЦП 1-k-3 и 1-k-6 в ансамбль цифровых сигналов xkn(z), где z - номер временного отсчета сигнала, который поступает в формирователи 1-k-4 и 1-k-5.The ensemble of radio signals x kn (t) formed in the converters 1-k-2 and 1-k-7 is synchronously converted using the 1-k-3 and 1-k-6 ADCs into an ensemble of digital signals x kn (z), where z is the number of the time reference of the signal that goes to the shapers 1-k-4 and 1-k-5.
В каждом формирователе 1-k-4 из цифровых сигналов xkn(z) формируется цифровой прямой сигнал j-го передатчика, излучающего на частоте fk, и определяются параметры сформированного сигнала.In each shaper 1-k-4 from digital signals x kn (z), a digital direct signal of the j-th transmitter emitting at a frequency f k is generated, and the parameters of the generated signal are determined.
Формирование цифрового прямого сигнала передатчика может быть осуществлено различными способами, например путем адаптивной пространственной фильтрации цифровых сигналов xkn(z) [3, стр.7].The digital direct signal of the transmitter can be generated in various ways, for example, by adaptive spatial filtering of digital signals x kn (z) [3, p. 7].
Сформированный цифровой прямой сигнал j-го передатчика поступает в формирователь 1-k-5. Кроме того, цифровой прямой сигнал и его параметры (частота fk, азимутально-угломестное направление прихода и уровень сигнала) поступают в систему 2, где запоминаются.The generated digital direct signal of the j-th transmitter enters the shaper 1-k-5. In addition, the digital direct signal and its parameters (frequency f k , azimuthal elevation direction of arrival and signal level) are received in
В каждом формирователе 1-k-5 из цифровых сигналов xkn(z) и цифрового прямого сигнала передатчика, поступившего от формирователя 1-k-4, формируются цифровые сжатые отраженные от объектов на частоте сигналы.In each shaper 1-k-5, digital compressed signals reflected from objects at a frequency are formed from digital signals x kn (z) and the digital direct transmitter signal received from the shaper 1-k-4.
Формирование сжатых отраженных сигналов и определение их параметров (временная задержка τkp, абсолютный доплеровский сдвиг Fkp, азимутальное αkp и угломестное βkp направление прихода, амплитуда αkp, где p - номер сформированного сжатого сигнала на частоте fk) может быть осуществлено различными способами взаимно корреляционной обработки прямого и многолучевого сигналов. Например, следуя [4], в формирователе 1-k-5 выделение сжатых отраженных сигналов может осуществляться путем формирования на частоте fk зависящих от временного τ и частотного F сдвигов комплексных двумерных взаимно корреляционных функций (ДВКФ) - между принятым каждой n-й антенной решетки цифровым многолучевым сигналом xkn(z) и сформированным в формирователе 1-k-4 цифровым прямым сигналом, усреднения модулей комплексных ДКФВ определения по максимумам усредненной ДКФВ числа сжатых сигналов и фиксации значений задержки по времени τkp и абсолютного доплеровского сдвига Fkp каждого p-го сжатого сигнала, идентификации соответствующих отдельному максимуму усредненной ДКФВ составляющих комплексных ДКФВ как сжатый по времени и частоте p-й сигнал, выделения и запоминания значений идентифицированных составляющих комплексных ДКФВ а также значений задержки по времени τkp и абсолютного доплеровского сдвига Fkp каждого p-го сжатого сигнала.The generation of compressed reflected signals and the determination of their parameters (time delay τ kp , absolute Doppler shift F kp , azimuthal α kp and elevation β kp direction of arrival, amplitude α kp , where p is the number of the generated compressed signal at a frequency f k ) can be made different methods of cross-correlation processing of direct and multipath signals. For example, following [4], in the 1-k-5 shaper, the extraction of compressed reflected signals can be carried out by generating at the frequency f k, depending on the time τ and frequency F shifts of complex two-dimensional cross-correlation functions (DCF) - between the digital multipath signal x kn (z) received by each nth antenna array and the digital direct signal generated in the 1-k-4 shaper, averaging the integrated DKFV modules determination by the maxima of the averaged DKFV the number of compressed signals and fixing the values of the time delay τ kp and the absolute Doppler shift F kp of each p-th compressed signal, identifying the corresponding individual maximum of the averaged DKFV components of complex DKFV as the pth signal compressed in time and frequency, isolating and storing the values of the identified components of complex DKFV as well as the values of the time delay τ kp and the absolute Doppler shift F kp of each p-th compressed signal.
Отметим, что в тех случаях, когда радиосигнал передатчика априорно известен, выделение сжатых отраженных сигналов может осуществляться путем формирования зависящих от временного τ и частотного F сдвигов комплексных ДВКФ между принятым каждой n-й антенной решетки цифровым многолучевым сигналом xkp(z) и сформированным в системе 2 цифровым модельным прямым сигналом, синхронизированным с облучающим сигналом.Note that in those cases when the radio signal of the transmitter is a priori known, the extraction of compressed reflected signals can be carried out by generating time-dependent τ and frequency F offsets of complex DVKF between the digital multipath signal x kp (z) received by each nth antenna array and the digital direct model signal generated in
На фиг.3 в качестве примера изображены три сечения по задержке τkp (дальности) при различных доплеровских сдвигах Fkp модуля комплексной ДВКФ, зависящей от частотного и от временного сдвигов трехлучевого, p=1, 2, 3, радиосигнала, принятого n-ой антенной решетки 1-k-8 на частоте fk. Видно, что первый сжатый сигнал имеет нулевой абсолютный доплеровский сдвиг и наименьшее значение временной задержки. Менее мощные второй и третий сжатые сигналы отличаются от первого сигнала значениями временных задержек и абсолютных доплеровских сдвигов. Физически это может соответствовать случаю приема на частоте fk прямого сигнала передатчика и двух сигналов, отраженных от двух воздушных объектов, перемещающихся относительно станции обнаружения-пеленгования на различных дальностях и с различными радиальными скоростями.Figure 3 shows, as an example, three cross sections for the delay τ kp (range) for various Doppler shifts F kp of the complex DVKF module, depending on the frequency and time shifts of the three-beam, p = 1, 2, 3, radio signal received by the nth antenna array 1-k-8 at a frequency f k . It can be seen that the first compressed signal has zero absolute Doppler shift and the smallest value of the time delay. The less powerful second and third compressed signals differ from the first signal in the values of time delays and absolute Doppler shifts. Physically, this may correspond to the case of receiving at the frequency f k the direct signal of the transmitter and two signals reflected from two air objects moving relative to the detection-direction-finding station at different ranges and with different radial speeds.
При определении в формирователе 1-k-5 азимутально-угломестных направлений прихода сжатых отраженных сигналов, например, с использованием способа [5] по выделенным значениям p-ых идентифицированных составляющих комплексных ДКФВ синтезируется комплексный двумерный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяется азимутально-угломестное направление прихода (αkp, βkp) p-го сжатого сигнала.When determining the azimuthal elevation directions of arrival of compressed reflected signals in the shaper 1-k-5, for example, using the method [5] using the selected values of the pth identified components of complex DKFV a complex two-dimensional angular spectrum is synthesized, the maximum modulus of which determines the azimuthal elevation direction of arrival (α kp , β kp ) of the pth compressed signal.
Таким образом, на данном этапе в формирователях 1-k-5 на каждой частоте fk выбранного множества частот поиска fk=1, …, fk=K сформированы и выделены сжатые отраженные сигналы а также определены временная задержка τkp, абсолютный доплеровский сдвиг Fkp, азимутально-угломестное направление прихода (αkp, βkp) и амплитуда каждого p-го сжатого сигнала.Thus, at this stage, in the shapers 1-k-5 at each frequency f k of the selected set of search frequencies f k = 1 , ..., f k = K , compressed echoes are generated and extracted and also determined the time delay τ kp , the absolute Doppler shift F kp , the azimuthal elevation direction of arrival (α kp , β kp ) and the amplitude every p-th compressed signal.
Сформированные на заданных частотах поиска fk=1, …, fk=K сжатые отраженные сигналы и их параметры поступают на вход устройства 3-1, где запоминаются.Formed at the given search frequencies f k = 1 , ..., f k = K, the compressed reflected signals and their parameters are input to the device 3-1, where they are stored.
В устройстве 3-1 на множестве частот поиска идентифицируются направления прихода сжатых отраженных сигналов.In the device 3-1, the arrival directions of the compressed reflected signals are identified at a plurality of search frequencies.
С целью повышения информативности идентификация направлений прихода сжатых отраженных сигналов на множестве частот поиска осуществляется следующим образом:In order to increase the information content, the identification of the arrival directions of compressed reflected signals at the set of search frequencies is carried out as follows:
- формируется во множестве частот поиска трехмерная выборочная функция распределения (ВФР) сжатых отраженных сигналов по азимуту α, углу места β и временной задержке τ;- a three-dimensional selective distribution function (VGF) of the compressed reflected signals is generated in the set of search frequencies in azimuth α, elevation angle β, and time delay τ;
- определяется количество максимумов ВФР;- the number of WFR maxima is determined;
- идентифицируется каждый максимум ВФР как отдельное направление прихода сжатых отраженных сигналов с соответствующими этим максимумам значениями азимута αi, угла места βi и временной задержки τi, где i - номер идентифицированного направления прихода сжатых отраженных сигналов.- each VFR maximum is identified as a separate direction of arrival of the compressed reflected signals with the corresponding azimuth values α i , elevation angle β i, and time delay τ i , where i is the number of the identified direction of arrival of the compressed reflected signals.
В качестве события, используемого при формировании трехмерной ВФР, выбирается событие, заключающееся в попадании оценок азимута αkp, угла места βkp и задержки τkp сжатых отраженных сигналов в трехмерный элемент объема [αν, αν+Δα; βµ, βµ+Δβ; τl, τl+Δτ], где - номер элемента (ячейки) ВФР по азимуту, - номер элемента ВФР по углу места, - номер элемента ВФР по задержке, а [Δα; Δβ; Δτ] - размер элементов объема по азимуту, углу места и задержке соответственно.As the event used in the formation of three-dimensional VFR, the event is selected consisting in getting estimates of the azimuth α kp , elevation angle β kp and delay τ kp of the compressed reflected signals in the three-dimensional volume element [α ν , α ν + Δα; β µ , β µ + Δβ; τ l , τ l + Δτ], where - the number of the element (cell) WFR in azimuth, - the number of the element VFR in elevation, is the number of the VGF element by delay, and [Δα; Δβ; Δτ] is the size of the volume elements in azimuth, elevation and delay, respectively.
Размер элемента (ячейки) ВФР определяется исходя из требуемой разрешающей способности по азимуту α, углу места β и задержке τ.The size of the WFR element (cell) is determined on the basis of the required resolution in azimuth α, elevation angle β, and delay τ.
В наиболее типичной ситуации размеры ячеек равны: по азимуту и углу места соответственно 3 и 5 градусов, а по задержке 1-5 мкс в зависимости от диапазона частот.In the most typical situation, the cell sizes are equal: in azimuth and elevation, respectively, 3 and 5 degrees, and in the delay of 1-5 μs, depending on the frequency range.
На фиг.4 представлена трехмерная ВФР для случая прихода отраженных сигналов по пяти направлениям: 1 - (α=60°, β=10°); 2 - (α=60°, β=50°); 3 - (α=230°, β=40°); 4 - (α=30°, β=15°); 5 - (α=290°, β=15°).Figure 4 presents a three-dimensional VGF for the case of the arrival of reflected signals in five directions: 1 - (α = 60 °, β = 10 °); 2 - (α = 60 °, β = 50 °); 3 - (α = 230 °, β = 40 °); 4 - (α = 30 °, β = 15 °); 5 - (α = 290 °, β = 15 °).
На фиг.5 показаны особенности формирования элементов трехмерной выборочной функции распределения по множеству частот поиска fk=1, …, fk=K. При этом на плоскости "азимут-задержка" (фиг.5а) наблюдаются четыре направления прихода отраженных сигналов, отличающиеся азимутами. Два направления α=30° и α=290° содержат сигналы, совпадающие по задержке, равной τk=8 мкс. С другой стороны, на плоскости "угол места - задержка" (фиг.5б) также наблюдаются четыре направления, отличающиеся углами места. Сигналы двух направлений совпадают по задержке, равной τk=1 мкс. Однако из совместного рассмотрения фиг.5а и фиг.5б следует, что на множестве частот поиска fk=1, …, fk=5 наблюдается пять направлений прихода отраженных сигналов: для τk=1 мкс - (α=60°, β=10°) и (α=60°, β=50°); для τk=4 мкс - (α=230°, β=40°); для τk=8 мкс - (α=30°, β=15°) и (α=290°, β=15°).Figure 5 shows the features of the formation of elements of a three-dimensional selective distribution function over the set of search frequencies f k = 1 , ..., f k = K. In this case, on the azimuth-delay plane (Fig. 5a), four directions of arrival of reflected signals are observed, which differ in azimuths. Two directions α = 30 ° and α = 290 ° contain signals that coincide in a delay equal to τ k = 8 μs. On the other hand, on the plane "elevation angle - delay" (figb) also there are four directions that differ in elevation angles. The signals of the two directions coincide in a delay equal to τ k = 1 μs. However, from a joint consideration of FIGS. 5a and 5b, it follows that on the set of search frequencies f k = 1 , ..., f k = 5, there are five directions of arrival of the reflected signals: for τ k = 1 μs - (α = 60 °, β = 10 °) and (α = 60 °, β = 50 °); for τ k = 4 μs - (α = 230 °, β = 40 °); for τ k = 8 μs - (α = 30 °, β = 15 °) and (α = 290 °, β = 15 °).
Физически это соответствует случаю, когда на дальности, соответствующей задержке τk=4 мкс, присутствует один объект, а на дальностях, соответствующих задержкам τk=1 мкс и τk=8 мкс, присутствуют по две цели, в первом случае совпадающие по азимуту, а во втором случае совпадающие по углу места.Physically, this corresponds to the case when at the range corresponding to the delay τ k = 4 μs, one object is present, and at ranges corresponding to the delays τ k = 1 μs and τ k = 8 μs, there are two targets, in the first case coinciding in azimuth , and in the second case coinciding in elevation.
Идентифицированные направления прихода сжатых отраженных сигналов (азимут αi и угол места βi) и соответствующие значения временных задержек τi, а также сжатые отраженные сигналы каждого направления и их параметры (множество частот поиска fk=1,…,fk=K, временная задержка , абсолютный доплеровский сдвиг и азимутально-угломестное направление прихода и амплитуда каждого p-го сжатого сигнала) поступают в формирователь 3-2.The identified directions of arrival of the compressed reflected signals (azimuth α i and elevation angle β i ) and the corresponding values of the time delays τ i , as well as the compressed reflected signals of each direction and their parameters (the set of search frequencies f k = 1 , ..., f k = K , time delay absolute doppler shift and azimuthal elevation direction of arrival and amplitude each p-th compressed signal) enter the shaper 3-2.
В формирователе 3-2 из сжатых отраженных сигналов каждого i-го направления выделяются и запоминаются энергетически эффективные сжатые отраженные сигналы и соответствующее им сокращенное множество частот поиска.In the shaper 3-2 of the compressed reflected signals of each i-th direction are selected and stored energy-efficient compressed reflected signals and the corresponding reduced set of search frequencies.
Для повышения отношения сигнал/помеха в формирователе 3-2 выделение энергетически эффективных сжатых отраженных сигналов каждого направления и соответствующего им сокращенного множества частот поиска осуществляется следующим образом:To increase the signal-to-noise ratio in the shaper 3-2, the selection of energy-efficient compressed reflected signals of each direction and the corresponding reduced set of search frequencies is carried out as follows:
- формируется амплитудно-частотное распределение (АЧР) сжатых отраженных сигналов направления;- the amplitude-frequency distribution (AFC) of the compressed reflected direction signals is formed;
- сравнивается АЧР с порогом и при превышении порога выделяются энергетически эффективные сжатые отраженные сигналы направления и соответствующее сокращенное множество частот поиска.- the AChP is compared with the threshold and when the threshold is exceeded, the energy-efficient compressed reflected directional signals and the corresponding reduced set of search frequencies are allocated.
Порог выбирается исходя из минимизации вероятности пропуска цели.The threshold is selected based on minimizing the probability of missing the target.
На фиг.6 представлены типичные диаграммы рассеяния воздушного объекта, одновременно полученные на двух частотах. Из фиг.6 следует, что уровень отраженного сигнала, принимаемого на разных частотах f1 и f2 в точке размещения СОП, может существенно (на 10 дБ и более) отличаться. Отсюда вытекает необходимость исключения слабых отраженных сигналов и выделения энергетически эффективных сигналов для каждого направления прихода и соответствующего им сокращенного множества частот поиска.Figure 6 presents typical scattering patterns of an air object, simultaneously obtained at two frequencies. From Fig.6 it follows that the level of the reflected signal received at different frequencies f 1 and f 2 at the location of the SOP, can significantly (by 10 dB or more) differ. This implies the need to eliminate weak reflected signals and highlight energy-efficient signals for each direction of arrival and the corresponding reduced set of search frequencies.
На фиг.7 приведена схема выделения энергетически эффективных отраженных сигналов и соответствующего им сокращенного множества частот поиска. Выделение этих энергетически эффективных сигналов обеспечивает повышение точности локализации воздушных объектов. Кроме того, это позволяет примерно в 2 раза сократить множество частот поиска и, как следствие, примерно в 2 раза повысить вычислительную эффективность последующего обнаружения и локализации воздушных объектов.7 is a diagram of the allocation of energy-efficient reflected signals and their corresponding abbreviated set of search frequencies. The selection of these energy-efficient signals provides improved localization accuracy of airborne objects. In addition, this makes it possible to reduce the set of search frequencies by about 2 times and, as a result, increase the computational efficiency of subsequent detection and localization of airborne objects by about 2 times.
Таким образом, на данном этапе в формирователе 3-2 выделяются энергетически эффективные отраженные сигналы каждого направления и соответствующее им сокращенное множество частот поиска. Это наделяет станцию обнаружения-пеленгования воздушных объектов свойствами адаптивности к флуктуациям отраженного сигнала. Флуктуации отраженного сигнала существенно зависят от отношения характерных размеров объекта и длины волны (частоты) облучения, а также от направлений облучения и приема сигнала.Thus, at this stage, the energy-efficient reflected signals of each direction and the corresponding reduced set of search frequencies are allocated in the shaper 3-2. This gives the station detecting direction finding of air objects adaptability to fluctuations of the reflected signal. The fluctuations of the reflected signal significantly depend on the ratio of the characteristic dimensions of the object and the wavelength (frequency) of the irradiation, as well as on the directions of irradiation and signal reception.
Данные операции являются ключевыми для повышения качества последующего обнаружения, пространственной локализации и идентификации широкого класса воздушных объектов.These operations are key to improving the quality of subsequent detection, spatial localization and identification of a wide class of airborne objects.
Энергетически эффективные отраженные сигналы, их параметры и соответствующее сокращенное множество частот поиска поступает в устройство 3-3.The energy-efficient reflected signals, their parameters and the corresponding reduced set of search frequencies are supplied to the device 3-3.
В устройстве 3-3 энергетически эффективные сжатые сигналы направлений и соответствующее им сокращенное множество частот поиска используются для избирательного поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов.In device 3-3, the energy-efficient compressed directional signals and the corresponding reduced set of search frequencies are used for selective search, spatial localization, and identification of the type of a wide class of airborne objects.
Для повышения эффективности в устройстве 3-3 избирательный поиск, пространственная локализация и идентификация типа широкого класса воздушных объектов осуществляется следующим образом:To increase efficiency in the device 3-3, selective search, spatial localization and identification of the type of a wide class of air objects is carried out as follows:
- усредняются на сокращенном множестве частот поиска K(i) значения задержки относительного доплеровского сдвига азимутов и углов места сжатых сигналов каждого i-го направления;- the delay values are averaged over the reduced set of search frequencies K (i) relative doppler shift azimuths and elevation compressed signals of each i-th direction;
- обнаруживается i-й воздушный объект и определяются его пространственные координаты по усредненным значениям задержки относительного доплеровского сдвига азимута и угла места сжатых сигналов i-го направления.- the i-th air object is detected and its spatial coordinates are determined by the averaged delay values relative doppler shift azimuth and elevation compressed signals of the i-th direction.
При этом выполняются следующие действия:The following actions are performed:
1) сравниваются с порогом усредненные значения абсолютного доплеровского сдвига и угла места , сигналов i-го направления и при превышении порога принимаются решения об обнаружении i-го воздушного объекта.1) the average values of the absolute Doppler shift are compared with the threshold and elevation , signals of the i-th direction and when the threshold is exceeded, decisions are made to detect the i-th air object.
Порог выбирается исходя из минимизации вероятности пропуска объекта;The threshold is selected based on minimizing the probability of missing an object;
2) определяется абсолютная задержка сигнала, отраженного от i-го объекта.2) the absolute delay of the signal reflected from the i-th object is determined.
При этом, если параметры синхронизации сигнала j-го передатчика априорно известны, то абсолютная задержка сигнала j-го передатчика, отраженного от i-го объекта, равна усредненному значению задержки i-го направления.Moreover, if the synchronization parameters of the signal of the j-th transmitter are a priori known, then the absolute delay of the signal of the j-th transmitter reflected from the i-th object is equal to the average value of the delay i-th direction.
Если параметры синхронизации сигнала j-го передатчика априорно неизвестны, то выполняются следующие действия:If the synchronization parameters of the signal of the j-th transmitter are a priori unknown, then the following actions are performed:
а) из усредненных значений задержек i-ых направлений выбирается задержка с минимальным значением;a) from the average values of the delays i-th directions, a delay with a minimum value is selected;
б) значение выбранной задержки идентифицируется как значение задержки прямого сигнала j-го передатчика;b) the value of the selected delay is identified as the value of the delay direct signal of the j-th transmitter;
в) определяются относительные задержки для каждого i-го направления c) the relative delays for each i-th direction are determined
г) определяется абсолютная задержка сигнала, отраженного от i-го объекта, по следующей формуле: где rj - расстояние между СОП и j-м передатчиком, а c - скорость света;d) the absolute delay of the signal reflected from the i-th object is determined by the following formula: where r j is the distance between the SOP and the jth transmitter, and c is the speed of light;
3) для каждой пары «СОП - j-й передатчик» строится эллипсоид равных задержек как геометрическое место точек в пространстве, сумма задержек на распространение до которых (от j-го передатчика до i-го объекта и от i-го объекта до СОП) равна найденному значению абсолютной задержки τij;3) for each pair of “SOP - j-th transmitter” an ellipsoid of equal delays is constructed as the geometric place of points in space, the sum of the propagation delays to which (from the j-th transmitter to the i-th object and from the i-th object to SOP) equal to the found value of the absolute delay τ ij ;
4) по пересечению множества j=1,…,J эллипсоидов равных задержек определяются географические координаты i-го обнаруженного объекта.4) at the intersection of the set j = 1, ..., J of ellipsoids of equal delays, the geographical coordinates of the i-th detected object are determined.
На фиг.8 в качестве примера приведена схема определения координат низколетящего объекта, когда эллипсоиды в пространстве могут быть заменены эллипсами на земной поверхности.Fig. 8 shows, by way of example, a diagram for determining the coordinates of a low-flying object when ellipsoids in space can be replaced by ellipses on the earth's surface.
Для однозначного определения координат i-го обнаруженного объекта описанным способом требуется не менее трех передатчиков, расположенных не на одной линии.For the unambiguous determination of the coordinates of the i-th detected object in the described manner, at least three transmitters located on more than one line are required.
Возможно однозначное определение координат i-го обнаруженного объекта при использовании только одного передатчика.Unambiguous determination of the coordinates of the i-th detected object is possible when using only one transmitter.
При определении географических координат i-го обнаруженного объекта с использованием одного передатчика в устройстве 3-3 выполняются следующие действия:When determining the geographical coordinates of the i-th detected object using one transmitter in the device 3-3, the following actions are performed:
1) выбирается соответствующая максимально эффективному отраженному от i-го объекта сигналу пара «СОП - j-й передатчик»;1) the pair signal “SOP - jth transmitter” corresponding to the most effective reflected from the i-th object is selected;
2) по значению абсолютной задержки сигнала τij определяется кажущаяся дальность до i-го объекта Di=τijc,2) the value of the absolute delay of the signal τ ij determines the apparent distance to the i-th object D i = τ ij c,
3) определяются пространственные координаты i-го обнаруженного объекта по кажущейся дальности Di и усредненным значениям азимута и угла места сигналов i-го направления, например, в соответствии с [6].3) the spatial coordinates of the i-th detected object are determined by the apparent range D i and the average azimuth values and elevation signals of the i-th direction, for example, in accordance with [6].
При этом для выбранной пары «СОП - j-й передатчик» строится эллипсоид равных кажущихся дальностей, соответствующих геометрическому месту точек в пространстве, сумма расстояний до которых (от j-го передатчика до i-го объекта и от i-го объекта до СОП) равна найденному значению кажущейся дальности Di. По пересечению эллипсоида равных кажущихся дальностей и усредненного значения i-го направления (азимут и угол места ) прихода отраженных сигналов определяются географические координаты i-го обнаруженного объекта.Moreover, for the selected pair “SOP - the jth transmitter”, an ellipsoid of equal apparent distances corresponding to the geometrical place of points in space is constructed, the sum of the distances to which (from the jth transmitter to the i-th object and from the i-th object to SOP) equal to the found value of the apparent range D i . At the intersection of the ellipsoid of equal apparent distances and the average value of the i-th direction (azimuth and elevation ) the arrival of the reflected signals determines the geographical coordinates of the i-th detected object.
На фиг.9 в качестве примера приведена схема определения координат воздушного объекта при использовании одного передатчика.Figure 9 as an example shows a diagram for determining the coordinates of an air object using a single transmitter.
После этого в устройстве 3-3 выполняются следующие операции:After that, the following operations are performed in device 3-3:
- вычисляется эффективная отражающая площадь (ЭОП) i-го объекта на каждой k-й частоте сокращенного множества по следующей формуле: - calculates the effective reflective area (EOC) of the i-th object at each k-th frequency of the reduced set according to the following formula:
где P1k - мощность, излучаемая j-м передатчиком на частоте fk; - мощность сигнала на выходе антенной решетки СОП, отраженного на частоте fk от i-го объекта; r1i - расстояние от j-го передатчика до i-го объекта; r2i - расстояние от i-го объекта до СОП; λk=300/fk - длина волны; G1i и G2i - значения диаграмм направленности по мощности j-го передатчика и СОП в направлении на i-й объект соответственно. Расстояния r1i и r2i рассчитываются по пространственным координатам i-го объекта и СОП, поступившим от системы 2;where P 1k is the power radiated by the jth transmitter at a frequency f k ; - signal power at the output of the SOP antenna array, reflected at a frequency f k from the i-th object; r 1i is the distance from the j-th transmitter to the i-th object; r 2i is the distance from the i-th object to the SOP; λ k = 300 / f k is the wavelength; G 1i and G 2i are the radiation pattern values for the power of the j-th transmitter and SOP in the direction to the i-th object, respectively. The distances r 1i and r 2i are calculated according to the spatial coordinates of the i-th object and SOP received from
- усредняются по частоте значения ЭОП i-го объекта - values of the image intensifier of the i-th object are averaged over the frequency
- идентифицируется тип i-го объекта по среднему значению ЭОП .- the type of the i-th object is identified by the average value of the image intensifier .
Идентификация типа i-го объекта осуществляется следующим образом:Identification of the type of the i-th object is carried out as follows:
- сравнивается среднее значение ЭОП i-го объекта с порогами σ0 и σ0<σ1.- compares the average value of the image intensifier of the ith object with thresholds σ 0 and σ 0 <σ 1 .
Пороги σ0 и σ1 выбираются исходя из экспериментальных значений ЭОП воздушных объектов трех классов: малоразмерный объект, среднеразмерный объект и крупноразмерный объект;The thresholds σ 0 and σ 1 are selected on the basis of the experimental values of the image intensifier of airborne objects of three classes: a small-sized object, a medium-sized object, and a large-sized object;
- принимается решение об обнаружении малоразмерного объекта, если - a decision is made to detect a small object, if
- принимается решение об обнаружении среднеразмерного объекта, если - a decision is made to detect a medium-sized object if
- принимается решение об обнаружении крупноразмерного объекта, если .- a decision is made to detect a large-sized object if .
Результаты обнаружения, пространственной локализации и идентификации воздушных объектов поступают в устройство 3-4, где отображаются для повышения информативности.The results of detection, spatial localization and identification of airborne objects arrive at device 3-4, where they are displayed to increase information content.
Из приведенного описания следует, что применение в предложенном способе операций выделения энергетически эффективных сигналов (перепад отношений сигнал/шум принятых на разных частотах отраженных сигналов может достигать более 10 дБ) и соответствующего им сокращенного множества частот поиска, а также операций усреднения на сокращенном множестве частот значений задержки, относительного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода энергетически эффективных сигналов повышает качество обнаружения воздушных объектов и точность измерения пространственных координат и оценки эффективной отражающей площади объекта. Другими словами, предложенный способ обеспечивает повышение эффективности поиска, пространственной локализации и идентификации без увеличения размеров приемных антенн и мощности передатчиков.From the above description, it follows that the application in the proposed method of extracting energy-efficient signals (the difference in signal-to-noise ratios received at different frequencies of the reflected signals can reach more than 10 dB) and the corresponding reduced set of search frequencies, as well as averaging operations on a reduced set of frequency values delay, relative Doppler shift and azimuth-elevation direction of arrival of energy-efficient signals increases the quality of detection of airborne objects ht and accuracy of measuring spatial coordinates and evaluating the effective reflective area of an object. In other words, the proposed method provides improved search efficiency, spatial localization and identification without increasing the size of the receiving antennas and transmitter power.
Таким образом, за счет дополнительной информации, извлекаемой путем идентификации и выделения из множества принятых сигналов подмножества энергетически эффективных отраженных от обнаруживаемых воздушных объектов сигналов достигается повышение информативности, точности и вычислительной эффективности поиска, пространственной локализации и идентификации типа широкого класса воздушных объектов одной станцией обнаружения-пеленгования.Thus, due to additional information extracted by identifying and extracting from a set of received signals a subset of energy-efficient signals reflected from detected air objects, an increase in information content, accuracy and computational search efficiency, spatial localization and identification of the type of a wide class of air objects by one detection-direction finding station is achieved .
Источники информацииInformation sources
1. RU, патент, 2158002, кл. G01S 13/14, 2000 г.1. RU, patent, 2158002, cl. G01S 13/14, 2000
2. US, патент, 7012552 В2, кл. G08B 21/00, 2006 г.2. US patent 7012552 B2, class. G08B 21/00, 2006
3. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2004.3. Ratynsky M.V. Adaptation and superresolution in antenna arrays. M .: Radio and communication. 2004.
4. RU, патент, 2319976, кл. G01S 5/04, 2008 г.4. RU, patent, 2319976, cl.
5. RU, патент, 2190236, кл. G01S 5/04, 2002 г.5. RU, patent, 2190236, cl.
6. US, патент, 5719584 В2, кл. G01S 003/02, 1998 г.6. US Patent, 5,719,584 B2, class. G01S 003/02, 1998
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009122529/09A RU2410712C1 (en) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | Method of detecting aerial objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009122529/09A RU2410712C1 (en) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | Method of detecting aerial objects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2410712C1 true RU2410712C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009122529/09A RU2410712C1 (en) | 2009-06-11 | 2009-06-11 | Method of detecting aerial objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2410712C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494413C1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of detecting radar targets and radar station for realising said method |
RU2524923C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method for radiolocation detection of targets and facility for its implementation |
RU2530808C1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-10-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method for determining coordinates of targets, and complex for its implementation |
RU2538105C2 (en) * | 2013-05-14 | 2015-01-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method of determining coordinates of targets and system therefor |
RU2649653C1 (en) * | 2017-01-09 | 2018-04-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of the moving object characteristics determining and device for its implementation |
RU2713645C1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (АО "НПП "Рубин") | Method for detection and tracking of low-flying targets |
RU2826668C1 (en) * | 2024-03-11 | 2024-09-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРИМИКС" | Device for detecting unmanned aerial vehicle (versions) and radio electronic module for obtaining unique radio signal signature |
-
2009
- 2009-06-11 RU RU2009122529/09A patent/RU2410712C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494413C1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of detecting radar targets and radar station for realising said method |
RU2524923C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method for radiolocation detection of targets and facility for its implementation |
RU2530808C1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-10-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method for determining coordinates of targets, and complex for its implementation |
RU2538105C2 (en) * | 2013-05-14 | 2015-01-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Method of determining coordinates of targets and system therefor |
RU2649653C1 (en) * | 2017-01-09 | 2018-04-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of the moving object characteristics determining and device for its implementation |
RU2713645C1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (АО "НПП "Рубин") | Method for detection and tracking of low-flying targets |
RU2826668C1 (en) * | 2024-03-11 | 2024-09-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ТРИМИКС" | Device for detecting unmanned aerial vehicle (versions) and radio electronic module for obtaining unique radio signal signature |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2440588C1 (en) | Passive radio monitoring method of air objects | |
RU2444755C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
RU2444754C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
CN108398677B (en) | Three-coordinate continuous wave one-dimensional phase scanning unmanned aerial vehicle low-altitude target detection system | |
KR20190006561A (en) | Low-flying Unmanned Aerial Vehicle and Object Tracking Radar System | |
RU2410712C1 (en) | Method of detecting aerial objects | |
RU2546330C1 (en) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects | |
CN109959900A (en) | Light weight radar system | |
RU2524401C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of mobile objects | |
RU2402034C1 (en) | Radar technique for determining angular position of target and device for realising said method | |
CN113805169B (en) | Space target low-power consumption small satellite radar searching and tracking method | |
RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
RU2444756C1 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
RU2524399C1 (en) | Method of detecting small-size mobile objects | |
RU2624736C2 (en) | Radar station circular view "resonance" | |
RU2529483C1 (en) | Method for stealth radar location of mobile objects | |
del-Rey-Maestre et al. | Optimum beamforming to improve UAV’s detection using DVB-T passive radars | |
RU2546329C1 (en) | Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects | |
RU2420755C2 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
RU2723432C2 (en) | Method of remote monitoring of radio silent objects | |
RU2528391C1 (en) | Method of searching for low-signature mobile objects | |
Dubrovinskaya et al. | Underwater direction of arrival estimation using wideband arrays of opportunity | |
Fabrizio | High frequency over-the-horizon radar | |
RU2472176C1 (en) | Method for passive detection of air objects | |
Del-Rey-Maestre et al. | Planar Array and spatial filtering techniques for improving DVB-S based passive radar coverage |
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: 20190612 |