RU2422846C1

RU2422846C1 - Calibration method of decametric radio direction-distance finder

Info

Publication number: RU2422846C1
Application number: RU2010103442/09A
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Шевченко (RU); Валерий Николаевич Шевченко; Геннадий Георгиевич Вертоградов (RU); Геннадий Георгиевич Вертоградов
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-06-27

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: on the basis of additional information obtained as a result of identification and extraction of signals of beams of common and non-common polarisation, increase in content of calibration information to two segments of calibration data, which differ by polarisation, and use of formation technology of base of calibration data of ionospheric waves on the basis of combination of measurements made on actual direction finder and its dummy corrected as to actual ionospheric signals.

EFFECT: higher reliability, informativity and effectiveness of formation of base of calibration data of wide-class ionospheric waves of stationary and mobile decametric direction-distance finders.

8 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах загоризонтного обнаружения и определения местоположения объектов по радиоизлучениям передатчиков декаметрового диапазона волн при использовании одной приемной станции. Изобретение применимо в стационарных и мобильных радиопеленгаторах-дальномерах, в загоризонтных активных и полуактивных (с посторонней подсветкой) радиолокаторах и в других системах, основанных на приеме ионосферных сигналов.The invention relates to radio engineering and can be used in systems for horizontal detection and location of objects from radio emissions from decameter wavelength transmitters when using one receiving station. The invention is applicable in stationary and mobile range finders, in horizontal active and semi-active (with extraneous illumination) radars, and in other systems based on the reception of ionospheric signals.

Признано, что основополагающей процедурой обеспечения потенциально достижимых точностей пеленгования является калибровка, то есть последовательность операций формирования калибровочной базы данных. Калибровочные данные описывают комплексные диаграммы (амплитуды и фазы) антенн при облучении антенной решетки приемной системы радиопеленгатора-дальномера на множестве частот, поляризаций, азимутов и углов места. Калибровочные данные могут применяться при реализации корреляционных алгоритмов оценки пространственного спектра, максимумы которого описывают углы прихода сигнала, или использоваться для вычисления поправочных коэффициентов, обеспечивающих коррекцию выходного сигнала элементов решетки в процессе формирования фазированного луча.It is recognized that the fundamental procedure for ensuring potentially achievable direction finding accuracy is calibration, that is, the sequence of operations for creating a calibration database. Calibration data describes the complex diagrams (amplitudes and phases) of the antennas during the irradiation of the antenna array of the receiving system of the direction finder-range finder at a variety of frequencies, polarizations, azimuths and elevation angles. Calibration data can be used to implement correlation algorithms for estimating the spatial spectrum, the maxima of which describe the angles of arrival of the signal, or can be used to calculate correction factors that provide correction of the output signal of the grating elements in the process of forming a phased beam.

Основным условием высокой точности функционирования декаметровых радиопеленгаторов-дальномеров является высокое качество базы калибровочных данных. На практике, несмотря на использование совершенных технологий формирования базы калибровочных данных возникают проблемы получения предельно достижимых характеристик систем, размещаемых в стационарных условиях или на подвижных платформах (автомобилях, самолетах, кораблях и т.д.).The main condition for the high accuracy of the functioning of decameter range finders is the high quality of the calibration database. In practice, despite the use of advanced technologies for forming a calibration database, problems arise in obtaining the maximum achievable characteristics of systems located in stationary conditions or on mobile platforms (cars, planes, ships, etc.).

Известен способ калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера [1], включающий:A known method of calibrating a decameter direction finder-range finder [1], including:

облучение антенной решетки радиопеленгатора-дальномера сигналом с вертикальной поляризацией на множестве калибровочных частот и азимутальных калибровочных направлений;irradiating the antenna array of the direction finder-range finder with a signal with vertical polarization at a variety of calibration frequencies and azimuthal calibration directions;

прием сигнала каждым каналом антенной решетки;signal reception by each channel of the antenna array;

измерение относительных амплитуд и фаз принятых сигналов;measurement of relative amplitudes and phases of received signals;

запись измеренных амплитуд и фаз для каждой комбинации приемного канала, калибровочных частот и азимутальных направлений в качестве калибровочных данных.recording the measured amplitudes and phases for each combination of the receiving channel, calibration frequencies and azimuth directions as calibration data.

Данный способ может обеспечить формирование ионосферного сегмента базы калибровочных данных. В тоже время реализация данного способа требует применения летно-подъемных средств, что существенно усложняет калибровку и увеличивает затраты на ее проведение, или использования источника облучающего сигнала, размещаемого на поверхности земного геоида, что приводит к большим ошибкам формирования ионосферного сегмента из-за отсутствия у данного способа операций борьбы с интерференционными искажениями принимаемого многолучевого поля.This method can provide the formation of the ionospheric segment of the calibration data base. At the same time, the implementation of this method requires the use of flight and lifting facilities, which significantly complicates the calibration and increases the cost of its implementation, or the use of an irradiating signal source located on the surface of the earth’s geoid, which leads to large errors in the formation of the ionospheric segment due to the absence of this method of operations to combat interference distortion of the received multipath field.

Известен способ калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:A known method of calibrating a decameter direction finder-range finder [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:

периодически облучают антенную решетку радиопеленгатора-дальномера на множестве калибровочных частот и азимутальных направлений вертикально поляризованным сигналом с расширенным спектром,periodically irradiating the antenna array of the range finder on a plurality of calibration frequencies and azimuthal directions with a vertically polarized spread spectrum signal,

синхронно и когерентно принимают на частотах калибровки облучающий сигнал каждым каналом антенной решетки,synchronously and coherently receive at the calibration frequencies an irradiating signal by each channel of the antenna array,

синхронно преобразуют принятые каналами сигналы в цифровую форму,synchronously convert the signals received by the channels into digital form,

на каждой частоте калибровки из цифровых сигналов выделяют и запоминают сжатые сигналы отдельных лучей принятых сигналов,at each calibration frequency, compressed signals of the individual rays of the received signals are extracted and stored from digital signals,

по которым формируют для всех комбинаций номеров каналов антенной решетки, значений калибровочных частот и азимутально-угломестных направлений базу калибровочных данных.which form for all combinations of channel numbers of the antenna array, the values of the calibration frequencies and azimuth-elevation directions, a database of calibration data.

Данный способ обеспечивает повышенную точность калибровки по ионосферным волнам и не требует применения летно-подъемных средств.This method provides increased calibration accuracy for ionospheric waves and does not require the use of flight-lifting means.

Однако способ-прототип не обеспечивает предельно достижимых характеристик калибровки по ионосферным волнам в связи с тем, что:However, the prototype method does not provide the maximum achievable calibration characteristics for ionospheric waves due to the fact that:

- не использует поляризационные свойства ионосферных сигналов и, как следствие, не идентифицирует сигналы лучей обыкновенной и необыкновенной поляризации, которые вследствие дисперсионных особенностей нестационарной ионосферы на отдельных частотах рабочего диапазона и в течение определенных интервалов времени могут не разделяться по задержке. В результате, база калибровочных данных может содержать для ряда калибровочных частот и направлений ошибочные данные, обусловленные интерференцией не разделенных лучей;- does not use the polarization properties of ionospheric signals and, as a result, does not identify the signals of ordinary and extraordinary polarization rays, which due to the dispersion characteristics of the unsteady ionosphere at individual frequencies of the working range and for certain time intervals may not be separated by delay. As a result, the calibration database may contain erroneous data for a number of calibration frequencies and directions due to the interference of non-separated beams;

- не обеспечивает формирование калибровочных данных на пораженных мощными помехами частотах рабочего диапазона радиопеленгатора.- does not provide the formation of calibration data at affected by powerful interference frequencies of the operating range of the direction finder.

Техническим результатом изобретения является повышение точности, информативности и эффективности формирования базы калибровочных данных ионосферных волн широкого класса стационарных и мобильных декаметровых радиопеленгаторов-дальномеров.The technical result of the invention is to increase the accuracy, informativeness and efficiency of the formation of a calibration database of ionospheric waves of a wide class of stationary and mobile decameter direction finders.

Повышение точности, информативности и эффективности формирования базы калибровочных данных ионосферных волн достигается на основе дополнительной информации, извлекаемой в результате идентификации и выделения сигналов лучей обыкновенной и необыкновенной поляризации, а также расширения состава калибровочной информации до двух, отличающихся поляризацией, сегментов калибровочных данных (сегменты обыкновенной и необыкновенной поляризации), и применением современной технологии формирования двухсегментной базы калибровочных данных ионосферных волн, основанной на комбинации измерений, выполняемых на реальном радиопеленгаторе-дальномере и его модели, откорректированной по полученным на ограниченном числе узлов калибровки реальным ионосферным сигналам.Improving the accuracy, informativeness and efficiency of the formation of a database of ionospheric calibration data is achieved on the basis of additional information extracted as a result of identification and extraction of signals of rays of ordinary and extraordinary polarization, as well as expanding the composition of the calibration information to two different polarization segments of the calibration data (segments of ordinary and extraordinary polarization), and the use of modern technology for the formation of a two-segment base of calibration data and nosfernyh waves based on a combination of measurements performed on a real-finder rangefinder and its model derived corrected by a limited number of real nodes ionospheric calibration signals.

Технический результат достигается тем, что в способе калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера, заключающемся в том, что периодически облучают антенную решетку радиопеленгатора-дальномера на множестве калибровочных частот и азимутальных направлений вертикально поляризованным сигналом с расширенным спектром, синхронно и когерентно принимают на частотах калибровки облучающий сигнал каждым каналом антенной решетки, синхронно преобразуют принятые каналами сигналы в цифровую форму, на каждой k-ой частоте калибровки из цифровых сигналов выделяют и запоминают сжатые сигналы отдельных i-x лучей принятых сигналов, согласно изобретению из сжатых сигналов на ограниченном множестве калибровочных частот f_k, азимутально-угломестных направлений α_ki, β_ki и углов между геомагнитным полем и азимутально-угломестными направлениями прихода сигналов θ_ki выделяют и запоминают реальные сигналы лучей обыкновенной (О) и необыкновенной (X) поляризации, а по модели радиопеленгатора-дальномера на оставшемся множестве частот и направлений формируют модельные сигналы О и Х поляризации, по полученным реальным и модельным сигналам О и Х поляризации формируют базу калибровочных данных ионосферных волн на полном множестве частот и направлений.The technical result is achieved by the fact that in the method of calibrating a decameter range finder direction finder, which consists in periodically irradiating the range finder direction finder antenna on a plurality of calibration frequencies and azimuth directions with a vertically polarized spread spectrum signal, each irradiation signal is synchronously and coherently received at calibration frequencies channel of the antenna array, synchronously convert the signals received by the channels into digital form, at each k-th calibration frequency from numbers O signals are isolated and stored despread signals of individual ix rays received signals according to the invention from the compressed signals on a limited set of calibration frequencies f _k, azimuthally elevation directions α _{_ki,} β _ki and angle between the geomagnetic field and azimuthally elevation signal arrival directions θ _ki isolated and remember the real signals of the rays of ordinary (O) and extraordinary (X) polarization, and according to the model of the direction finder, on the remaining set of frequencies and directions form model signals O and X polar ation, the obtained real and model signals X O and form the basis of polarized ionospheric wave calibration data on the full set of frequencies and directions.

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

1. Выделение реальных сигналов О и Х поляризации осуществляют путем преобразования сжатых сигналов в многочастотный многолучевой сигнал на трассе калибровки, из которого формируют дистанционно-частотные характеристики (ДЧХ) сигналов О и Х поляризации, сравнивают ДЧХ сигналов О и Х поляризации и отличающиеся задержкой на каждой частоте сжатые сигналы идентифицируют как реальные сигналы О и Х поляризации.1. The selection of real O and X polarization signals is carried out by converting the compressed signals into a multi-frequency multipath signal on the calibration path, from which form the distance-frequency characteristics (DFC) of the O and X polarization signals, comparing the DFC of the O and X polarization signals and differing in the delay for each frequency, the compressed signals are identified as real O and X polarization signals.

Это исключает ошибки калибровки, обусловленные интерференцией не разделенных сигналов О и Х поляризации, и, как следствие, повышает точность и информативность формирования базы калибровочных данных ионосферных волн.This eliminates calibration errors due to the interference of undivided O and X polarization signals, and, as a result, increases the accuracy and information content of the formation of the calibration data base of ionospheric waves.

2. Формирование модельных сигналов О и Х поляризации осуществляют путем облучения модели радиопеленгатора-дальномера на полном множестве частот и направлений идеальным модельным сигналом О поляризации и идеальным модельным сигналом Х поляризации, приема облучающих модельных сигналов, выделения и фиксации на полном множестве частот и направлений модельных сигналов О и Х поляризации, сравнения модельных сигналов с выделенными при калибровке радиопеленгатора-дальномера на ограниченном множестве частот и направлений реальными сигналами О и Х поляризации и коррекции модели, формирования по откорректированной модели модельных сигналов О и Х поляризации на оставшемся множестве частот и направлений.2. The generation of model signals of polarization O and X is carried out by irradiating the model of the direction finder-range finder at the full set of frequencies and directions with an ideal model signal About polarization and the ideal model signal X of polarization, receiving irradiating model signals, isolating and fixing at the full set of frequencies and directions of model signals O and X polarization, comparison of model signals with those selected during calibration of the direction finder-range finder on a limited set of frequencies and directions of the real signal and O, and X polarization and the correction pattern, forming a corrected model of the model signals G and X polarization at the remaining plurality of frequencies and directions.

Это повышает точность и информативность формирования базы калибровочных данных ионосферных волн на не использовавшемся при калибровке реального радиопеленгатора-дальномера множестве частот и направлений.This increases the accuracy and information content of the formation of a database of calibration data of ionospheric waves on a set of frequencies and directions that were not used in the calibration of a real-range direction finder.

3. Формирование базы калибровочных данных ионосферных волн на полном множестве частот и направлений осуществляют путем фиксации относительных амплитуд и фаз реальных и модельных сигналов О и Х поляризации, а также идентифицирующего их полного множества частот и направлений в виде двух четырехкоординатных сегментов калибровочных данных: сегмента О поляризации и сегмента Х поляризации.3. The formation of the calibration data base of ionospheric waves at the full set of frequencies and directions is carried out by fixing the relative amplitudes and phases of the real and model polarization signals O and X, as well as the full set of frequencies and directions identifying them in the form of two four-coordinate segments of the calibration data: polarization segment O and segment X polarization.

Это открывает возможность получения калибровочных данных на пораженных мощными помехами частотах, а также сокращает время и затраты на калибровку в реальных условиях эксплуатации радиопеленгатора-дальномера и, следовательно, повышает эффективность формирования двухсегментной базы калибровочных данных ионосферных волн на всем множестве калибровочных частот и направлений.This opens up the possibility of obtaining calibration data at frequencies affected by powerful interference, and also reduces the time and cost of calibration in actual use of the range finder and, therefore, increases the efficiency of the formation of a two-segment database of calibration data of ionospheric waves over the whole set of calibration frequencies and directions.

Предложенный способ, в отличие от прототипа, более полно использует тонкую структуру многолучевых и сложно поляризованных ионосферных сигналов разделяя сигналы лучей не только по задержке, но и по поляризации, что приближает точность калибровки к потенциально достижимой.The proposed method, in contrast to the prototype, makes fuller use of the fine structure of multipath and complex polarized ionospheric signals, separating the beam signals not only in delay but also in polarization, which brings calibration accuracy closer to potentially achievable.

Таким образом, за счет дополнительной информации, извлекаемой посредствомThus, due to the additional information extracted through

идентификации и выделения сигналов лучей обыкновенной и необыкновенной поляризации, что исключает ошибки, обусловленные интерференцией сигналов не разделенных лучей, и, как следствие, повышает точность формирования базы калибровочных данных,identification and isolation of signals of rays of ordinary and extraordinary polarization, which eliminates errors caused by interference of signals of not separated rays, and, as a result, increases the accuracy of the formation of the calibration data base,

расширения состава калибровочной информации до двух, отличающихся поляризацией, четырехкоординатных сегментов калибровочных данных, что повышает информативность формирования базы калибровочных данных,expanding the composition of calibration information to two, different polarization, four-coordinate segments of calibration data, which increases the information content of the formation of the database of calibration data,

комбинации реальных калибровочных данных, полученных для ограниченного числа узлов калибровки по ионосферным волнам в реальных условиях эксплуатации антенной решетки радиопеленгатора, и модельных калибровочных данных, полученных по модели радиопеленгатора, откорректированной путем сопоставления с реальными калибровочными данными, полученными для ограниченного числа узлов калибровки по ионосферным волнам, что обеспечивает возможность получения калибровочных данных на пораженных помехами частотах и, как следствие, повышает эффективность формирования базы калибровочных данных,a combination of real calibration data obtained for a limited number of ionospheric calibration nodes under actual operating conditions of the radio direction finder antenna and model calibration data obtained using the direction finding model corrected by comparing with real calibration data obtained for a limited number of ionospheric calibration nodes which makes it possible to obtain calibration data at frequencies affected by interference and, as a result, increases the effect The ability to form a calibration database,

удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical result.

Предложенный способ может быть осуществлен при калибровке стационарных и мобильных радиопеленгаторов-дальномеров. В первом случае источник облучающего сигнала перемещается вокруг стационарного радиопеленгатора-дальномера, а во втором случае используется специально организованное или естественное перемещение мобильного радиопеленгатора-дальномера.The proposed method can be carried out when calibrating stationary and mobile range finders. In the first case, the source of the irradiating signal moves around the stationary range finder, and in the second case, specially organized or natural movement of the mobile range finder is used.

Рассмотрим указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения на примере калибровки радиопеленгатора-дальномера, установленного на корабле. В ходе естественного перемещения корабля в каждой точке пространства будут получены данные калибровки только по одному азимутальному направлению. Более эффективным с точки зрения сокращения времени формирования базы калибровочных данных является вариант калибровки в режиме циркуляции корабля по азимуту в выбранных точках на линии курса корабля, который используется при дальнейшем описании способа.Consider these advantages, as well as the features of the present invention on the example of the calibration of the direction finder mounted on the ship. During the natural movement of the ship at each point in space, calibration data will be obtained in only one azimuthal direction. More effective from the point of view of reducing the formation time of the calibration database is the calibration option in the mode of circulation of the ship in azimuth at selected points on the line of the ship’s course, which is used in the further description of the method.

Операции способа поясняются чертежами:The operation of the method is illustrated by drawings:

Фиг.1. Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ калибровки;Figure 1. Structural diagram of a device that implements the proposed calibration method;

Фиг.2. Схема калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера, установленного на корабле;Figure 2. Calibration scheme for a decameter direction finder mounted on a ship;

Фиг.3. Схема формирования цифрового сигнала на частотах калибровки;Figure 3. The digital signal generation circuit at calibration frequencies;

Фиг.4. Пример четырехлучевого ионосферного сигнала;Figure 4. An example of a four-beam ionospheric signal;

Фиг.5. Усредненная корреляционная функция, зависящая от частотного сдвига, для случая четырехлучевого ионосферного сигнала;Figure 5. Averaged correlation function, depending on the frequency shift, for the case of a four-beam ionospheric signal;

Фиг.6. Многочастотный многолучевой сигнал на трассе калибровки;6. Multi-frequency multipath signal on the calibration path;

Фиг.7. Модельные дистанционно-частотные характеристики сигналов обыкновенной и необыкновенной поляризации;7. Model distance-frequency characteristics of signals of ordinary and extraordinary polarization;

Фиг.8. Реальная дистанционно-частотная характеристика сигналов обыкновенной и необыкновенной поляризации.Fig. 8. Real distance-frequency characteristic of signals of ordinary and extraordinary polarization.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные антенную решетку из N антенных элементов 1, N - канальное цифровое радиоприемное устройство (РПУ) 2, формирователь базы калибровочных данных 3, подсистему моделирования 4, а также радиопередатчик 5, соединенный со вторым входом РПУ 2. В свою очередь подсистема моделирования 4 включает последовательно соединенные модуль сравнения 4-1, модуль формирования модельных калибровочных данных 4-2 и модуль электродинамического моделирования 4-3. Выход модуля 4-1 соединен с входом модуля 4-3, второй выход модуля 4-2 соединен со вторым входом формирователя 3, а второй вход модуля 4-1 подключен к первому выходу формирователя 3. При этом второй вход модуля 4-2 и третий вход формирователя 3 предназначены для получения информации о координатах и курсе корабля, на котором установлен радиопеленгатор-дальномер, а второй выход формирователя 3 - для выдачи команд в систему управления курсом корабля.A device that implements the proposed method contains a series-connected antenna array of N antenna elements 1, N is a channel digital radio receiver (RPU) 2, a calibration data generator 3, a simulation subsystem 4, and a radio transmitter 5 connected to the second input of the RPU 2. In turn, simulation subsystem 4 includes series-connected comparison module 4-1, module for generating model calibration data 4-2 and electrodynamic simulation module 4-3. The output of module 4-1 is connected to the input of module 4-3, the second output of module 4-2 is connected to the second input of driver 3, and the second input of module 4-1 is connected to the first output of driver 3. The second input of module 4-2 and the third the input of the shaper 3 is designed to obtain information about the coordinates and course of the ship on which the direction finder-range finder is installed, and the second output of the shaper 3 is for issuing commands to the ship heading control system.

Элементы решетки 1 представляют собой скрещенные рамочные антенны, нерегулярно распределенные по корпусу корабля.The elements of the grating 1 are crossed frame antennas irregularly distributed over the hull of the ship.

РПУ 2 выполнено с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, соответствующей ширине спектра сигнала радиопередатчика. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов на частоте калибровки. Кроме того, частота и фаза гетеродина синхронизирована с параметрами сигнала радиопередатчика, что является основным условием возможности сжатия принятого сложного сигнала во времени или по частоте. Возможен вариант построения РПУ 2 по принципу приемника прямого усиления. При этом каналы РПУ 2 выполняют функцию предварительной фильтрации принимаемого сигнала по частоте и функцию усиления сигнала до уровня согласованного с входным диапазоном уровней АЦП, окончательная фильтрация выполняется в цифровой форме в формирователе 3.RPU 2 is made with a common local oscillator and with a bandwidth of each channel corresponding to the width of the spectrum of the signal of the radio transmitter. A common local oscillator provides multi-channel coherent reception of signals at a calibration frequency. In addition, the frequency and phase of the local oscillator are synchronized with the parameters of the signal of the radio transmitter, which is the main condition for the possibility of compressing the received complex signal in time or frequency. A variant of building RPU 2 according to the principle of a direct gain receiver is possible. The channels of the RPU 2 perform the function of preliminary filtering the received signal by frequency and the function of amplifying the signal to a level consistent with the input range of ADC levels, the final filtering is performed digitally in shaper 3.

Формирователь 3 представляет собой многопроцессорное вычислительное устройство, что повышает быстродействие преобразования сигналов, принимаемых N-элементной антенной решеткой, при формировании двухсегментной базы калибровочных данных.Shaper 3 is a multiprocessor computing device, which improves the speed of conversion of signals received by the N-element antenna array when forming a two-segment database of calibration data.

Модули подсистемы 4, предназначенной для формирования модельных калибровочных данных, дополняющих реальные калибровочные данные, также представляют собой вычислительные устройства.The modules of subsystem 4, designed to generate model calibration data that complement the actual calibration data, also represent computing devices.

Модуль 4-1 предназначен для сравнения реальных калибровочных данных, полученных на ограниченном множестве частот и направлений в реальных условиях эксплуатации корабельного радиопеленгатора-дальномера, и модельных калибровочных данных, полученных по модели радиопеленгатора (модель корабля с распределенной по его корпусу модельной пеленгационной антенной решеткой).Module 4-1 is intended for comparing real calibration data obtained at a limited set of frequencies and directions under real operating conditions of a ship’s range finder, and model calibration data obtained using a direction finder model (ship model with a model direction finding antenna array distributed over its hull).

Модуль 4-2 предназначен для формирования модельных калибровочных данных с использованием модели радиопеленгатора-дальномера, модельных облучающих сигналов О и Х поляризации и алгоритма их обработки.Module 4-2 is designed to generate model calibration data using the model of the direction finder-range finder, model irradiating signals of O and X polarization and an algorithm for processing them.

Модуль 4-3 предназначен для хранения модели радиопеленгатора-дальномера, а также ее коррекции с целью повышения адекватности по реальным калибровочным данным, полученным в процессе калибровки на ограниченном множестве частот и направлений.Module 4-3 is designed to store the model of the direction finder-range finder, as well as its correction in order to increase the adequacy of the actual calibration data obtained during the calibration process on a limited set of frequencies and directions.

Радиопередатчик 5 выполнен в стационарном варианте. Возможно применение нескольких стационарных или одного мобильного радиопередатчика 5, что может придать дополнительную гибкость процессу калибровки. Синхронизация радиопередатчика 5 и РПУ 2 может быть обеспечена с использованием стандартных приемников системы ГЛОНАСС или НАВСТАР, а также по радиоканалам спутниковой или ДКМВ связи.The radio transmitter 5 is made in a stationary version. It is possible to use several stationary or one mobile radio transmitter 5, which can give additional flexibility to the calibration process. Synchronization of the radio transmitter 5 and RPU 2 can be achieved using standard GLONASS or NAVSTAR receivers, as well as via satellite or DKMV radio channels.

Способ калибровки декаметрового радиопеленгатора-дальномера осуществляется следующим образом.The method of calibration decameter direction finder-range finder is as follows.

Периодически облучают антенную решетку радиопеленгатора-дальномера на множестве калибровочных частот и азимутальных направлений вертикально поляризованным сигналом с расширенным спектром.Periodically irradiate the antenna array of the direction finder-range finder on a plurality of calibration frequencies and azimuthal directions with a vertically polarized spread spectrum signal.

Это обеспечивается фиксацией пространственных координат собственного радиопередатчика П (фиг.2) или выбором любого стационарного радиопередатчика ДКМВ диапазона с известными координатами, периодически во времени излучающего радиосигнал с расширенным спектром, например, непрерывный ЛЧМ радиосигнал, и циркуляцией корабля в точках приема, находящихся в зоне ионосферных волн, например, в точке t₁ (фиг.2).This is achieved by fixing the spatial coordinates of their own radio transmitter P (Fig. 2) or by choosing any stationary DKMV radio transmitter with known coordinates, periodically emitting a spread spectrum radio signal, for example, a continuous LFM radio signal, and circulating the ship at reception points located in the ionospheric zone waves, for example, at point t ₁ (figure 2).

Радиосигнал радиопередатчика П отражаясь от различных слоев ионосферы распространяется по разным траекториям. Сигнал отдельной траектории расщепляется в ионосфере под действием геомагнитного поля

на сигналы О и Х поляризации, отличающиеся параметрами взаимно ортогональных эллипсов поляризации.The radio signal of the radio transmitter P being reflected from different layers of the ionosphere propagates along different paths. The signal of an individual trajectory is split in the ionosphere under the influence of a geomagnetic field

signals of polarization O and X, which differ in the parameters of mutually orthogonal polarization ellipses.

Свойства сигналов обыкновенной и необыкновенной поляризации в точке приема определяются параметрами геомагнитного поля

и направлением прихода сигнала в эту точку или другими словами - углом θ.The properties of signals of ordinary and extraordinary polarization at the receiving point are determined by the parameters of the geomagnetic field

and the direction of arrival of the signal at this point, or in other words, the angle θ.

Таким образом, радиосигнал радиопередатчика П в (70-80)% случаев наблюдается как многолучевый с очень близкими азимутами и доплеровскими частотами, но отличающимися задержками, углами (β₁>0, β₂>0,…) и (θ₁>0, θ₂>0,…), а также видом поляризации. Это открывает возможность одновременного формирования калибровочных данных для нескольких углов места, нескольких углов между геомагнитным полем и направлениями прихода сигналов, а также для обыкновенной и необыкновенной поляризации.Thus, the radio signal P in (70-80)% of cases is observed as multipath with very close azimuths and Doppler frequencies, but differing in delays, angles (β ₁ > 0, β ₂ > 0, ...) and (θ ₁ > 0, θ ₂ > 0, ...), as well as the type of polarization. This opens up the possibility of simultaneously generating calibration data for several elevation angles, several angles between the geomagnetic field and the directions of arrival of the signals, as well as for ordinary and extraordinary polarization.

Синхронно и когерентно принимается облучающий сигнал на частоте калибровки каждым n-м, n=1…N, каналом антенной решетки. При этом по сигналу синхронизации РПУ 2 перестраивается на заданную частоту приема. Сигналы радиопередатчика П, зависящие от времени, принимаются антеннами решетки 1. В РПУ 2 принятый каждой антенной решетки 1 зависящий от времени t сигнал x_n(t) когерентно с сигналами других каналов переносится на более низкую частоту и синхронно преобразуется с помощью АЦП в ансамбль цифровых сигналов x_n(z), где z - дискретные отсчеты времени. Цифровые сигналы x_n(z) поступают в формирователь 3. Одновременно в формирователь 3 от системы управления кораблем поступает информация о координатах и курсе корабля.The irradiating signal is received synchronously and coherently at the calibration frequency by each n-th, n = 1 ... N, channel of the antenna array. In this case, according to the synchronization signal, the RPU 2 is tuned to a given reception frequency. The time-dependent signals of the radio transmitter P are received by the antennas of the array 1. In RPU 2, the time-dependent signal x _n (t) received by each antenna array 1 is transferred coherently with the signals of other channels to a lower frequency and synchronously converted by the ADC into an ensemble of digital signals x _n (z), where z are discrete time samples. Digital signals x _n (z) are supplied to the shaper 3. At the same time, the shaper 3 receives information about the coordinates and course of the ship from the ship control system.

В формирователе 3 на каждой частоте калибровки f_k, где k - номер частоты калибровки, из цифровых сигналов x_n(z) выделяются и запоминаются сжатые сигналы отдельных i-x лучей принятых сигналов.In shaper 3, at each calibration frequency f _k , where k is the number of the calibration frequency, the compressed signals of the individual ix rays of the received signals are extracted and stored from the digital signals x _n (z).

Выделение сжатых сигналов отдельных лучей на каждой частоте калибровки может быть осуществлено различными способами. Рассмотрим наиболее эффективный из них [2], в соответствии с которым на каждой частоте калибровки f_k выполняются следующие действия:The extraction of compressed signals of individual beams at each calibration frequency can be carried out in various ways. Consider the most effective of them [2], in accordance with which the following actions are performed at each calibration frequency f _k :

- выделяются Q отсчетов цифровых сигналов x_n(z), соответствующих отдельной частоте f_k.- Q samples of digital signals x _n (z) corresponding to an individual frequency f _k are allocated.

Количество отсчетов Q на отдельной частоте f_k зависит от ширины полосы В и скорости изменения частоты ν ЛЧМ радиосигнала, а также от интервала дискретизации T_d АЦП и равно

. Выделение отсчетов сигналов x_n(z) осуществляется в соответствии со схемой, представленной на фиг.3, путем отбора отсчетов АЦП на временном интервале

, где

момент времени, соответствующий частоте калибровки f_k;The number of samples Q at a single frequency f _k depends on the bandwidth B and the rate of change of the frequency ν of the LFM of the radio signal, as well as on the sampling interval T _{d of the} ADC and is

. The selection of samples of signals x _n (z) is carried out in accordance with the scheme presented in figure 3, by selecting samples of the ADC in the time interval

where

a point in time corresponding to a calibration frequency f _k ;

- формируются и запоминаются зависящие от частотного сдвига ω комплексные корреляционные функции (КФЧ)

между принятым каждой n-й антенной решетки цифровым сигналом x_n(z) и опорным сигналом y₀(z), синхронизированным с облучающим сигналом.- complex correlation functions (KPF) depending on the frequency shift ω are formed and stored

between the digital signal x _n (z) received by each nth antenna array and the reference signal y ₀ (z) synchronized with the irradiating signal.

Для более эффективного вычисления комплексных КФЧ используется быстрый алгоритм на основе БПФ;For a more efficient calculation of complex KPFs, a fast FFT-based algorithm is used;

- усредняются модули комплексных КФЧ по формуле

.- averaged the modules of complex KFCH according to the formula

.

Пример усредненной КФЧ

, сформированной для случая отраженного от слоя F четырехлучевого ионосферного сигнала на частоте f_k (см. фиг.4), приведен на фиг.5;Example of averaged KPF

formed for the case of a four-beam ionospheric signal reflected from the layer F at a frequency f _k (see FIG. 4) is shown in FIG. 5;

- определяются по максимумам усредненной КФЧ

число лучей в принятом на частоте f_k сигнале и значение частотного сдвига ω_ki сигнала каждого i-го луча;- determined by the maxima of the averaged KFCH

the number of rays in the signal received at a frequency f _k and the value of the frequency shift ω _{ki of the} signal of each i-th beam;

- идентифицируются соответствующие отдельным максимумам усредненной КФЧ

составляющие

комплексных КФЧ

как сжатый по спектру сигнал i-го луча на частоте f_k, и вычисляются соответствующие сигналу i-го луча время задержки τ_ki=ω_ki/ν, групповой путь L_ki=τ_kic, где с - скорость распространения света, а также используя координаты радиопередатчика П и радиопеленгатора находят азимут α_ki прихода сигнала i-го луча и его угол места

, где r - радиус Земли, R - расстояние между радиопередатчиком П и радиопеленгатором-дальномером. Кроме того, находится угол между геомагнитным полем и найденным азимутально-угломестным направлением прихода сигнала i-го луча по следующей формуле: θ_ki=arccos [sinIsinβ_ki+cosIcosβ_kicos(D-α_ki)], где I - магнитное наклонение, a D - магнитное склонение в точке размещения радиопеленгатора-дальномера, определяемые по карте геомагнитного поля или по эмпирической модели геомагнитного поля [3];- identified corresponding to the individual maxima of the averaged KFCH

constituents

integrated CPF

as the spectrum-compressed signal of the i-th beam at a frequency f _k , and the delay time τ _ki = ω _ki / ν corresponding to the signal of the i-beam, the group path L _ki = τ _ki c, where c is the speed of light propagation, and using the coordinates of the radio transmitter P and the direction finder find the azimuth α _{ki of the} arrival of the signal of the i-th beam and its elevation angle

where r is the radius of the Earth, R is the distance between the radio transmitter P and the direction finder. In addition, the angle between the geomagnetic field and the found azimuthal elevation direction of arrival of the signal of the ith beam is found by the following formula: θ _ki = arccos [sinIsinβ _ki + cosIcosβ _ki cos (D-α _ki )], where I is the magnetic inclination, a D is the magnetic declination at the location of the direction finder, determined by the map of the geomagnetic field or by the empirical model of the geomagnetic field [3];

- выделяются и запоминаются сжатые сигналы i-x лучей принятых сигналов, то есть значения идентифицированных составляющих комплексных КФЧ

, и соответствующие им значения частот f_k, задержек τ_ki и углов α_ki, β_ki и θ_ki.- compressed signals ix of the rays of the received signals are allocated and stored, that is, the values of the identified components of the complex KPH

and their corresponding values of frequencies f _k , delays τ _ki and angles α _ki , β _ki and θ _ki .

После этого в формирователе 3 из сжатых сигналов на ограниченном множестве

калибровочных частот f_k, азимутально-угломестных направлений α_ki, β_ki и углов между геомагнитным полем и азимутально-угломестными направлениями прихода сигналов θ_kiвыделяются реальные сигналы лучей обыкновенной (О) и необыкновенной (X) поляризации.After that, in the shaper 3 of the compressed signals on a limited set

of calibration frequencies f _k , azimuthal elevation directions α _ki , β _ki and angles between the geomagnetic field and azimuthal elevation directions of arrival of signals θ _ki , real signals of ordinary (O) and extraordinary (X) polarization are distinguished.

При этом выполняются следующие действия:The following actions are performed:

- преобразуются сжатые сигналы в многочастотный многолучевой сигнал на трассе калибровки.- compressed signals are converted to a multi-frequency multipath signal on the calibration path.

Преобразование выполняется с использованием выделенных и запомненных сжатых сигналов путем формирования множества точек в многомерном пространстве "частота-задержка-амплитуда". При этом каждая точка характеризуется тремя координатами: f_k - частота; τ_ki - задержка;

- амплитуда сжатого сигнала i-го луча на k-ой частоте и n-ой антенне.The conversion is performed using selected and stored compressed signals by forming multiple points in a multidimensional space "frequency-delay-amplitude". Moreover, each point is characterized by three coordinates: f _k - frequency; τ _ki is the delay;

- the amplitude of the compressed signal of the i-th beam at the k-th frequency and the n-th antenna.

Пример многочастотного многолучевого сигнала на плоскости "задержка τ - частота f" представлен на фиг.6. Из фиг.6 следует, что положение точек в сечении многочастотного многолучевого сигнала на частоте 11 МГц коррелирует с положением максимумов усредненной КФЧ

, полученной на этой же частоте для случая четырехлучевого ионосферного сигнала и представленной на фиг.5. Это обусловлено тем, что многочастотный многолучевой сигнал получен преобразованием совокупности сигналов усредненных КФЧ

.An example of a multi-frequency multipath signal in the plane "delay τ - frequency f" is presented in Fig.6. From Fig.6 it follows that the position of the points in the cross section of the multi-frequency multipath signal at a frequency of 11 MHz correlates with the position of the maxima of the averaged KPF

obtained at the same frequency for the case of a four-beam ionospheric signal and shown in Fig.5. This is due to the fact that a multi-frequency multipath signal is obtained by converting a set of signals averaged KPH

.

Кроме того, из фиг.6 также следует, что в положении точек на плоскости "задержка-частота" наблюдается определенная регулярность, позволяющая сгруппировать точки в связанные цепочки, дискретно описывающие зависимости времени задержки сигналов лучей О и Х поляризации от частоты, то есть сформировать ДЧХ на трассе калибровки;In addition, it also follows from FIG. 6 that in the position of the points on the “delay-frequency” plane, a certain regularity is observed, which makes it possible to group the points in coupled chains that discretely describe the dependence of the delay time of the polarization O and X-ray signals on frequency, that is, to form a frequency response on the calibration track;

- из многочастотного многолучевого сигнала формируется совокупность ДЧХ сигналов О и Х поляризации.- from a multi-frequency multipath signal, a set of frequency response signals of polarization O and X is formed.

Для этого группируются точки путем сопоставления на соседних частотах f_k и f_k' пар точек с индексами i и i'. Сопоставление выполняется путем сравнения функционала расстояния между точками в трехмерном пространстве "частота-задержка-амплитуда" с порогом ρ₀ To do this, points are grouped by comparing pairs of points with indices i and i 'at neighboring frequencies f _k and f _k '. The comparison is performed by comparing the functional of the distance between points in the three-dimensional space "frequency-delay-amplitude" with a threshold ρ ₀

Значения порога ρ₀ и нормировочных параметров ε_f, ε_τ, ε_a подбираются эмпирически и полагаются равными, например, соответственно ρ₀=3, ε_f=500 кГц, ε_τ=0.1 мс, ε_a=3 дБ.The threshold ρ ₀ and the normalization parameters ε _f , ε _τ , ε _{a are} selected empirically and are assumed to be equal, for example, ρ ₀ = 3, ε _f = 500 kHz, ε _τ = 0.1 ms, ε _a = 3 dB, respectively.

Если выполняется условие ρ_ki;k'i'≤ρ₀, то пара точек считается принадлежащей одной ДЧХ и запоминается средняя амплитуда

каждой точки. Если для какой либо точки соответствие не устанавливается, то считается, что они относятся к новой ДЧХ.If the condition ρ _{ki; k'i '} ≤ρ _{0 is} fulfilled, then a pair of points is considered to belong to one frequency response and the average amplitude is stored

every point. If for any point the correspondence is not established, then it is considered that they belong to the new frequency response.

Кроме того, для повышения качества формирования ДЧХ при низких отношениях сигнал-шум из множества выделенных ДЧХ удаляются те, которые удовлетворяют одному из следующих критериев:In addition, to improve the quality of the formation of the frequency response at low signal-to-noise ratios, those that satisfy one of the following criteria are removed from the set of selected frequency response coefficients:

1) число точек в отдельной ДЧХ меньше заданного порога, равного 3% от общего числа точек в трехмерном пространстве "частота-задержка-амплитуда";1) the number of points in a separate frequency response is less than a specified threshold equal to 3% of the total number of points in the three-dimensional space "frequency-delay-amplitude";

2) длина отдельной ДЧХ в частотной области меньше заданного порога, равного 500 кГц;2) the length of an individual frequency response in the frequency domain is less than a predetermined threshold of 500 kHz;

3) максимальная средняя амплитуда в выделенной ДЧХ меньше заданного порога, равного минус 70 дБ.3) the maximum average amplitude in the selected frequency response is less than a given threshold equal to minus 70 dB.

Приведенные пороговые значения получены по результатам экспериментальной проверки возможности формирования ДЧХ в реальных условиях ДКМВ диапазона.The given threshold values are obtained from the results of an experimental verification of the possibility of forming a frequency response under real conditions of the DKMV range.

Примеры модельных ДЧХ в диапазоне частот 3-18 МГц, полученных для ряда последовательных интервалов времени восходно-полуденного периода, приведены на фиг.7. Пример реальной ДЧХ сигналов О и Х поляризации в диапазоне частот 3-18 МГц, полученной для восходно-полуденного периода, приведен на фиг.8, где также указаны пораженные мощными помехами частоты.Examples of model DF in the frequency range 3-18 MHz, obtained for a number of consecutive time intervals of the sunrise-noon period, are shown in Fig.7. An example of a real frequency response of the O and X polarization signals in the frequency range 3-18 MHz, obtained for the sunrise-noon period, is shown in Fig. 8, which also shows the frequencies affected by powerful interference.

Из фиг.7а следует, что ДЧХ односкачковых (IF) и двухскачковых (2F) сигналов О и Х поляризации разделяются по задержке на всех частотах от 3 МГц до 7 МГц.From figa it follows that the frequency response of one-hop (IF) and two-hop (2F) signals O and X polarization are separated by delay at all frequencies from 3 MHz to 7 MHz.

Из фиг.7б следует, что по истечении 1 часа односкачковые и двухскачковые сигналы 1Fo, 1Fx, 2Fo, 2Fx, 2Eo, 2Ex полностью разделяются на всех частотах от 3 МГц до 10 МГц, в то время как односкачковые сигналы 1Ех и 1Ео полностью разделяются на частотах от 5 МГц до 6 МГц, но не разделяются на частотах от 3 МГц до 5 МГц.From Fig.7b it follows that after 1 hour the single-hop and double-hop signals 1Fo, 1Fx, 2Fo, 2Fx, 2Eo, 2Ex are completely separated at all frequencies from 3 MHz to 10 MHz, while the single-hop signals 1Ex and 1Eo are completely divided into frequencies from 5 MHz to 6 MHz, but are not shared at frequencies from 3 MHz to 5 MHz.

Из фиг.7в - фиг.7д, также как и из фиг.7а и фиг.7б, следует, что в восходно-полуденный период область частот, на которых возможно отражение сигналов О и Х поляризации от различных слоев ионосферы возрастает с течением времени. Одновременно наблюдается изменение областей частот и интервалов задержек, на которых обеспечивается полное разделение лучей обыкновенной и необыкновенной поляризации.From Fig.7c - Fig.7d, as well as from Fig.7a and Fig.7b, it follows that in the sunrise-noon period the frequency range at which the reflection of the O and X polarization signals from different layers of the ionosphere increases over time. At the same time, there is a change in the frequency regions and the delay intervals, at which the complete separation of the rays of ordinary and extraordinary polarization is ensured.

Следует отметить, что полусуточные изменения ДЧХ обеспечивают возможность непрерывного перекрытия диапазона частот и временных задержек, так как в полуденно-заходный период времени поведение ДЧХ имеет характер, обратный приведенному на фиг.7.It should be noted that the semidiurnal changes in the frequency response provide the possibility of continuous overlapping of the frequency range and time delays, since in the noon-sunset period of time the behavior of the frequency response is inverse to that shown in Fig.7.

Таким образом, из фиг.7 и фиг.8 следует, что ДЧХ сигналов О и Х поляризации подобны друг другу и смещены по частоте, что является характерным признаком, позволяющим осуществить однозначную идентификацию и выделение сигналов О и Х поляризации;Thus, from Fig.7 and Fig.8 it follows that the frequency response of the O and X polarization signals are similar to each other and offset in frequency, which is a characteristic feature that allows for unambiguous identification and isolation of the O and X polarization signals;

- сравниваются ДЧХ сигналов О и Х поляризации и отличающиеся задержкой на каждой частоте сжатые сигналы идентифицируются как реальные сигналы О и Х поляризации.- the frequency response of the O and X polarization signals is compared and the compressed signals differing in the delay at each frequency are identified as real O and X polarization signals.

Данная операция является ключевой для последующего высокоточного формирования базы калибровочных данных ионосферных волн, так как обеспечивает исключение ошибок калибровки, обусловленных интерференцией не разделенных сигналов обыкновенной и необыкновенной поляризации.This operation is key for the subsequent high-precision formation of a database of calibration data of ionospheric waves, since it ensures the elimination of calibration errors due to interference of undivided signals of ordinary and extraordinary polarization.

Далее идентифицированные реальные сигналы О и Х поляризации в виде относительных амплитуд и фаз запоминаются в формирователе 3 для последующего формирования базы калибровочных данных ионосферных волн на ограниченном множестве частот и направлений

. Относительные амплитуды и фазы идентифицированных реальных сигналов О и Х поляризации представляют собой соответственно модули и аргументы ранее запомненных комплексных КФЧ

. Частота f_k и углы α_ki, β_ki, θ_ki являются четырехмерными координатами, по которым относительные амплитуды и фазы идентифицируются в двухсегментной базе калибровочных данных при ее формировании и дальнейшем использовании.Further, the identified real signals of polarization O and X in the form of relative amplitudes and phases are stored in the shaper 3 for the subsequent formation of the calibration data base of ionospheric waves at a limited set of frequencies and directions

. The relative amplitudes and phases of the identified real signals of polarization O and X are, respectively, the modules and arguments of previously memorized complex CPFs

. The frequency f _k and the angles α _ki , β _ki , θ _ki are four-dimensional coordinates by which relative amplitudes and phases are identified in a two-segment calibration data base during its formation and further use.

Отметим, что, повторяя аналогичные операции по обработке сигналов в РПУ 2 и формирователе 3 после перемещения корабля в другие точки калибровки (или после перехода к приему сигналов передатчиков, размещаемых в других точках земного геоида), можно сформировать базу калибровочных данных ионосферных волн на полном множестве необходимых калибровочных частот и направлений, за исключением частот, занятых мощными помехами (например, функционирующими в зоне калибровки мощными радиовещательными станциями, см. фиг.8). Однако это не очень практично, так как связано с существенным увеличением времени и затрат на калибровку. Кроме того, это не позволяет решить проблему калибровки на пораженных частотах.Note that by repeating the same signal processing operations in RPU 2 and shaper 3 after moving the ship to other calibration points (or after switching to receiving signals from transmitters located at other points of the earth’s geoid), it is possible to form a database of calibration data of ionospheric waves on a full set necessary calibration frequencies and directions, with the exception of frequencies occupied by powerful interference (for example, powerful broadcasting stations operating in the calibration area, see Fig. 8). However, this is not very practical, since it is associated with a significant increase in time and calibration costs. In addition, this does not solve the problem of calibration at the affected frequencies.

Заметим, что угол θ_ki определяет параметры О и Х поляризации приходящей ионосферной волны не зависимо от географических координат точки приема (см. фиг.2). В связи с этим калибровочные данные, полученные для конкретного значения угла θ_ki могут быть использованы в различных точках размещения радиопеленгатора на земном геоиде, что сокращает время и затраты на калибровку.Note that the angle θ _ki determines the polarization parameters O and X of the incoming ionospheric wave, regardless of the geographical coordinates of the receiving point (see figure 2). In this regard, the calibration data obtained for a specific value of the angle θ _ki can be used at various points of location of the direction finder on the Earth's geoid, which reduces the time and cost of calibration.

Более существенное сокращение времени и затрат на калибровку и, что не менее важно, решение проблемы калибровки на пораженных частотах достигается применением модельных калибровочных данных.A more significant reduction in the time and cost of calibration and, no less important, the solution to the problem of calibration at the affected frequencies is achieved by using model calibration data.

Для этого выделенные при калибровке реального радиопеленгатора-дальномера на ограниченном множестве частот и направлений

и запомненные в формирователе 3 в качестве калибровочных данных реальные сигналы О и Х поляризации также поступают на второй вход модуля 4-1.To do this, highlighted during the calibration of a real-range finder on a limited set of frequencies and directions

and the actual polarization signals O and X stored in the shaper 3 as calibration data are also fed to the second input of module 4-1.

Одновременно в модуле 4-2 подсистемы 4 с использованием модели радиопеленгатора-дальномера, поступающей из модуля 4-3, и информации о координатах и курсе корабля, поступающей от его системы управления, формируются и запоминаются модельные сигналы О и Х поляризации на оставшемся множестве частот и направлений

, то есть на множестве частот и направлений, на которых не были выделены реальные сигналы О и Х поляризации.At the same time, in module 4-2 of subsystem 4, using the model of the direction finder-ranging, coming from module 4-3, and information about the coordinates and course of the ship coming from its control system, model signals O and X of polarization are generated and stored on the remaining set of frequencies and directions

, that is, on the set of frequencies and directions in which real O and X polarization signals were not allocated.

Для этого выполняются следующие действия:To do this, the following actions are performed:

- модель радиопеленгатора-дальномера облучается идеальным модельным сигналом О поляризации и идеальным модельным сигналом Х поляризации на полном множестве частот и направлений (

.- the model of the direction finder-range finder is irradiated with an ideal model signal of polarization and an ideal model signal of X polarization at the full set of frequencies and directions (

.

Отметим, что полное множество частот и направлений

состоит из двух множеств

и

.Note that the full set of frequencies and directions

consists of two sets

and

.

Модель радиопеленгатора-дальномера создается с использованием цифровых систем электромагнитного моделирования, например [4, 5]. Идеальные модельные сигналы О и Х поляризации формируются на основе решения системы лучевых уравнений в магнитоактивной трехмерной неоднородной ионосфере, например, в соответствии с [6]. При этом параметры эллипсов поляризации идеальных модельных сигналов зависят от направления их прихода в точку наблюдения, а также от характеристик геомагнитного поля в точке наблюдения;A model of a direction finder-range finder is created using digital electromagnetic modeling systems, for example [4, 5]. Ideal model signals of polarization O and X are formed on the basis of solving a system of ray equations in a magnetically active three-dimensional inhomogeneous ionosphere, for example, in accordance with [6]. Moreover, the parameters of polarization ellipses of ideal model signals depend on the direction of their arrival at the observation point, as well as on the characteristics of the geomagnetic field at the observation point;

- принимаются облучающие модельные сигналы О и Х поляризации модельной антенной решеткой.- irradiating model signals of O and X polarization by a model antenna array are received.

Понятно, что идеальные модельные сигналы О и Х поляризации искажаются под воздействием корпуса корабля. Искажения сводятся к изменению поляризации облучающего идеального сигнала и к возникновению интерференции за счет отражений от конструкций корпуса модели корабля;It is clear that ideal model signals of O and X polarization are distorted under the influence of the ship's hull. Distortions are reduced to a change in the polarization of the irradiating ideal signal and to the occurrence of interference due to reflections from the hull structures of the ship model;

- принятые модельные сигналы одной и другой поляризации выделяются и запоминаются в модуле 4-2 на полном множестве частот и направлений

в качестве модельных сигналов О и Х поляризации, а также поступают на первый вход модуля 4-1.- the received model signals of one and the other polarization are allocated and stored in the module 4-2 at the full set of frequencies and directions

as model signals of polarization O and X, and also go to the first input of module 4-1.

В модуле 4-1 выделенные модельные сигналы О поляризации и модельные сигналы Х поляризации сравниваются с выделенными при калибровке радиопеленгатора-дальномера на ограниченном множестве частот и направлений

реальными сигналами О и Х поляризации, поступившими от формирователя 3. При сравнении используется корреляционная методика, приведенная, например, в [7] и позволяющая определить поправочные комплексные коэффициенты для поляризационных диаграмм направленности антенных элементов модельной антенной решетки на всем множестве частот и направлений

путем сравнения реальных и модельных сигналов О и Х поляризации на ограниченном множестве частот и направлений

. Результаты сравнения в виде поправочных комплексных коэффициентов к поляризационным диаграммам направленности элементов модельной антенной решетки для О и Х поляризации на полном множестве частот и направлений

поступают в модуль 4-3.In module 4-1, the selected model signals of polarization and the model signals of X polarization are compared with those selected during calibration of the range finder on a limited set of frequencies and directions

real O and X polarization signals received from the shaper 3. The comparison uses the correlation technique, given, for example, in [7] and which allows one to determine correction complex coefficients for polarization radiation patterns of antenna elements of a model antenna array over the whole set of frequencies and directions

by comparing real and model signals of polarization O and X at a limited set of frequencies and directions

. Comparison results in the form of complex correction factors for polarization radiation patterns of elements of a model antenna array for O and X polarization at a full set of frequencies and directions

arrive at module 4-3.

В модуле 4-3 с использованием поступивших из модуля 4-1 поправочных комплексных коэффициентов производится коррекция модели радиопеленгатора. Для этого комплексная диаграмма направленности каждого элемента модельной пеленгационной антенной решетки для О и Х поляризации умножается на поправочный комплексный коэффициент на полном множестве частот и направлений калибровки

.In module 4-3, using the correction complex coefficients received from module 4-1, the model of the direction finder is corrected. For this, the complex radiation pattern of each element of the model direction-finding antenna array for O and X polarization is multiplied by the correction complex coefficient at the full set of frequencies and calibration directions

.

Откорректированная модель радиопеленгатора-дальномера поступает в модуль 4-2.The adjusted model of the direction finder-range finder enters module 4-2.

В модуле 4-2 по откорректированной модели формируются модельные сигналы О и Х поляризации на оставшемся множестве частот и направлений

. При этом откорректированная модель облучается идеальными модельными сигналами О и Х поляризации. После этого выполняются операции приема этих сигналов, а также выделения и запоминания модельных сигналов О и Х поляризации аналогично описанному ранее.In module 4-2, according to the adjusted model, model signals of polarization O and X are formed on the remaining set of frequencies and directions

. In this case, the corrected model is irradiated with ideal model signals of polarization O and X. After that, the operations of receiving these signals are performed, as well as the allocation and storage of model signals of polarization O and X, as described previously.

Это повышает точность формирования базы калибровочных данных ионосферных волн на не использовавшемся при калибровке реального радиопеленгатора множестве частот и направлений

.This increases the accuracy of forming the database of calibration data of ionospheric waves on a set of frequencies and directions that were not used when calibrating a real direction finder

.

Сформированные в модуле 4-2 на оставшемся множестве частот и направлений

модельные сигналы О и Х поляризации поступают в формирователь 3 для формирования комбинированной базы калибровочных данных.Formed in module 4-2 on the remaining set of frequencies and directions

model signals of polarization O and X are fed to driver 3 to form a combined calibration data base.

В формирователе 3 объединяются запомненные реальные калибровочные данные, сформированные из выделенных на ограниченном множестве частот и направлений

реальных сигналов О и Х поляризации при калибровке радиопеленгатора-дальномера, и модельные калибровочные данные, сформированные из модельных сигналов О и Х поляризации, полученных на оставшемся множестве частот, включая пораженные частоты, и направлений

по модели радиопеленгатора-дальномера в модуле 4-2. При этом относительные амплитуды и фазы выделенных реальных и модельных сигналов О и Х поляризации, а также идентифицирующее их полное множество частот и направлений

, состоящее из множеств

и

, фиксируются в виде двух четырехкоординатных сегментов калибровочных данных: сегмента О поляризации и сегмента Х поляризации.Shaper 3 combines the stored real calibration data generated from the frequencies and directions selected on a limited set of frequencies

real O and X polarization signals during calibration of the range finder, and model calibration data generated from model O and X polarization signals obtained at the remaining set of frequencies, including the affected frequencies, and directions

according to the model of the direction finder-range finder in module 4-2. In this case, the relative amplitudes and phases of the selected real and model signals of O and X polarization, as well as the full set of frequencies and directions that identify them

consisting of sets

and

are fixed in the form of two four-coordinate segments of calibration data: polarization segment O and polarization segment X.

Понятно, что это повышает информативность формирования базы калибровочных данных ионосферных волн. Относительные амплитуды и фазы, фиксируемые в качестве калибровочных данных в сегменте О поляризации и в сегменте Х поляризации, представляют собой соответственно модули и аргументы запомненных в формирователе 3 комплексных КФЧ

. Частота f_k и углы α_ki, β_ki, θ_ki являются четырехмерными координатами, по которым относительные амплитуды и фазы идентифицируются в двухсегментной базе калибровочных данных при ее формировании и дальнейшем использовании.It is clear that this increases the information content of the formation of the calibration data base of ionospheric waves. The relative amplitudes and phases, recorded as calibration data in the polarization segment O and in the polarization segment X, are respectively the modules and arguments of 3 complex KPHs stored in the shaper

Таким образом, в результате объединения реальных и модельных калибровочных данных устройство, содержащее антенную решетку, цифровое радиоприемное устройство, формирователь базы калибровочных данных и подсистему моделирования, обеспечивает эффективное формирование двухсегментной базы калибровочных данных ионосферных волн на всем множестве частот и направлений с высокой точностью.Thus, as a result of combining real and model calibration data, a device containing an antenna array, a digital radio receiver, a calibrator database generator and a modeling subsystem provides efficient formation of a two-segment ionospheric wave calibration database at all the many frequencies and directions with high accuracy.

Кроме того, из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, обладает устойчивостью к ошибкам калибровки, обусловленным интерференцией сигналов не разделенных лучей, содержит более информативную двухсегментную базу калибровочных данных ионосферных волн (сегмент обыкновенной и сегмент необыкновенной поляризации) для множества частот, азимутально-угломестных направлений и углов между геомагнитным полем и азимутально-угломестными направлениями прихода сигналов, и построено на современной технологии формирования базы калибровочных данных, основанной на комбинации измерений, выполняемых на реальном радиопеленгаторе и откорректированной по реальным ионосферным сигналам и, следовательно, высокоадекватной электродинамической модели.In addition, from the above description it follows that the device that implements the proposed method is resistant to calibration errors due to interference of signals of undivided rays, contains a more informative two-segment database of calibration data of ionospheric waves (ordinary segment and segment of unusual polarization) for a variety of frequencies, azimuthally - elevated directions and angles between the geomagnetic field and azimuthal elevated directions of arrival of signals, and is built on modern technology the formation of a calibration data base based on a combination of measurements performed on a real direction finder and corrected for real ionospheric signals and, therefore, a highly adequate electrodynamic model.

Таким образом, данный способThus, this method

приближает точность калибровки к потенциально достижимой, так как использует тонкую структуру многолучевых и сложно поляризованных ионосферных сигналов и исключает ошибочные данные, обусловленные интерференцией сигналов не разделенных лучей,brings calibration accuracy closer to potentially achievable, since it uses the fine structure of multipath and complex polarized ionospheric signals and eliminates erroneous data due to interference of signals from non-separated rays,

повышает информативность калибровки, так как расширяет состав калибровочной информации до двух, отличающихся поляризацией, четырехкоординатных (частота, азимут, угол места и угол между геомагнитным полем и направлением прихода сигналов) сегментов калибровочных данных,increases the information content of the calibration, as it extends the composition of the calibration information to two, differing in polarization, four-coordinate (frequency, azimuth, elevation and angle between the geomagnetic field and the direction of arrival of the signals) segments of the calibration data,

повышает эффективность калибровки, так как базируется на современной технологии формирования базы калибровочных данных, основанной на комбинации измерений, выполняемых на реальном пеленгаторе и его модели, и обеспечивающей возможность получения калибровочных данных на всех, включая пораженные помехами, частотах рабочего диапазона,increases the efficiency of calibration, as it is based on modern technology of forming a database of calibration data based on a combination of measurements performed on a real direction finder and its model, and providing the ability to obtain calibration data at all, including those affected by interference, frequencies of the operating range,

и может быть использован при формировании и непрерывной коррекции базы калибровочных данных ионосферных волн на протяжении всего жизненного цикла широкого класса стационарных и мобильных радиопеленгаторов-дальномеров, загоризонтных активных и полуактивных радиолокаторов и других систем, основанных на приеме ионосферных сигналов.and can be used in the formation and continuous correction of the database of calibration data of ionospheric waves throughout the life cycle of a wide class of stationary and mobile direction finders, over-the-horizon active and semi-active radars and other systems based on the reception of ionospheric signals.

Источники информацииInformation sources

1. US, патент, 4992796, кл. G01S 13/48, 1991 г.1. US patent 4992796, cl. G01S 13/48, 1991

2. RU, патент, 2309425, кл. G01S 7/40, G09B 9/00, 2007 г.2. RU, patent, 2309425, cl. G01S 7/40, G09B 9/00, 2007

3. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/space/cgm/ext.html3.http: //nssdc.gsfc.nasa.gov/space/cgm/ext.html

4. Лерер A.M., Шевченко В.Н. Повышение эффективности корабельных радиопеленгаторов методами электродинамического моделирования. // Электромагнитные волны и электронные системы, 2007, №5, с.21-24.4. Lerer A.M., Shevchenko V.N. Improving the efficiency of ship direction finders using electrodynamic modeling methods. // Electromagnetic waves and electronic systems, 2007, No. 5, p.21-24.

5. http://www.feko.co.za/5. http://www.feko.co.za/

6. Вертоградов Г.Г. Имитатор широкополосного ионосферного радиоканала. // Радиотехника и электроника. Т.48, №11. 2003. С.1322-1329.6. Vertogradov G.G. A simulator of a broadband ionospheric radio channel. // Radio engineering and electronics. T.48, No. 11. 2003. S.1322-1329.

7. US, патент, 6720911, кл. G01S 7/40, G01S 13/48, 2004 г.7. US patent 6720911, cl. G01S 7/40, G01S 13/48, 2004

Claims

1. A method for calibrating a decameter range finder direction finder, which consists in periodically irradiating the range finder direction finder antenna on a plurality of calibration frequencies and azimuth directions with a vertically polarized spread spectrum signal, synchronously and coherently receive an irradiating signal at each calibration antenna channel frequencies at a calibration frequency, synchronously they convert the signals received by the channels into digital form, at each k-th calibration frequency, compressed signals are extracted and stored from digital signals Nala individual ix rays received signals, characterized in that from the despread signal on a limited set of calibration frequencies f _k, azimuthally elevation directions α _{_ki,} β _ki and angle between the geomagnetic field and azimuthally elevation signal arrival directions θ _ki isolated and stored real signals rays of ordinary (O) and extraordinary (X) polarization, irradiate the range finder model at the full set of frequencies and directions with an ideal model signal of polarization and an ideal model signal of X polarization they receive the irradiating model signals, isolate and fix the O and X polarization model signals on the full set of frequencies and directions, compare the model signals with the real range O and X polarization signals calibrated during calibration of the range finder, and adjust the model of the direction finder range finder using the correction coefficients obtained as a result of comparison, form model signals of polarization O and X on the In the current set of frequencies and directions, based on the received real and model O and X polarization signals, they form the basis of calibration data of ionospheric waves at the full set of frequencies and directions by fixing the relative amplitudes and phases of real and model O and X polarization signals, as well as the full set of frequencies that identifies them and directions in the form of two four-coordinate segments of calibration data: polarization segment O and polarization segment X.

2. The method according to claim 1, characterized in that the selection of real O and X polarization signals is carried out by converting the compressed signals into a multi-frequency multipath signal on the calibration path, from which form the distance-frequency characteristics (DFC) of the O and X polarization signals, comparing the DCH The O and X polarization signals and the delayed compressed signals differing in the delay at each frequency are identified as real O and X polarization signals.