RU2431864C1

RU2431864C1 - Detection and direction finding method of air objects

Info

Publication number: RU2431864C1
Application number: RU2010132019/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Григорьевич Пархоменко (RU); Николай Григорьевич Пархоменко; Геннадий Георгиевич Вертоградов (RU); Геннадий Георгиевич Вертоградов; Валерий Николаевич Шевченко (RU); Валерий Николаевич Шевченко
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: increase in detection sensitivity and direction finding accuracy of air objects under conditions of multi-beam propagation of radio waves is achieved owing to using radioelectronic compensation operations of strong forward multi-beam radio signal of illumination transmitter, which is additional coherent interference masking weak dissipated signals by means of identification and measurement of parameters of signals of coherent interference and subtraction of signals of coherent interference from the signals received with each antenna.

EFFECT: increasing detection sensitivity and direction finding accuracy of air objects under conditions of multi-beam propagation of radio waves.

3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных 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 diffused signals from airborne objects emitted by many uncontrolled and controlled transmitters of electronic systems for various purposes.

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 естественный подсвет воздушных целей, создаваемый 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.A technology for passive detection and tracking of airborne objects, using natural illumination of airborne targets, created at a variety of frequencies by radio emissions from various transmitters in the short, meter, decimeter and centimeter wavelengths: 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 effectively detection, spatial localization and identification of a wide class of moving objects.

Известен способ обнаружения и пеленгования воздушных объектов [1], заключающийся в том, чтоA known method for the detection and direction finding of 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 и пеленгования воздушных объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа.More effective is the method of detection and direction finding of air objects [2], free from this drawback and selected as a prototype.

Способ-прототип заключается в том, что выбирают передатчик, излучающий непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал, когерентно принимают решеткой из N антенн многолучевой радиосигнал x_n(t), где n=1,…, N - номер антенного элемента, включающий прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы

, где z - номер временного отсчета сигнала, из цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество статистически независимых сигналов дискретного частотного представления ДЧП, весовым усреднением сигналов ДЧП отдельной антенны на каждой дискретной частоте находят комплексную величину, которую запоминают и предварительно идентифицируют как комплексную амплитуду дискретной гармонической составляющей (ДГС) дискретно-непрерывного спектра сигнала, используя комплексные амплитуды ДГС сигнала совместно с соответствующими сигналами ДЧП определяют дисперсионное отношение на каждой частоте, сравнивают дисперсионное отношение с порогом и принимают решение об обнаружении и области локализации сигнала по частоте, сравнивают амплитуду ДГС с порогом и принимают решение об обнаружении и области локализации рассеянного сигнала по частоте, для каждого обнаруженного рассеянного сигнала по запомненным комплексным амплитудам ДГС синтезируют пространственную спектральную плотность, по максимуму модуля пространственной спектральной плотности определяют его двумерный пеленг, по которому принимают решение об обнаружении воздушного объекта.The prototype method consists in choosing a transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal, coherently receiving a multipath radio signal x _n (t) with N antennas, where n = 1, ..., N is the number of the antenna element including the direct radio signal the transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by the objects synchronously transform the ensemble of the received radio signals into digital signals

where z is the number of time samples of the signal from the digital signals of each antenna

receive and store a lot of statistically independent signals of the discrete frequency representation of the PDP, by weighting the signal of the PDP of an individual antenna at each discrete frequency, find the complex value, which is stored and previously identified as the complex amplitude of the discrete harmonic component (DGS) of the discrete-continuous signal spectrum using the complex amplitudes of the DGS signal together with the corresponding signals of the PDP determine the dispersion ratio at each frequency, compare the dispersion relation with a threshold and decide on the detection and localization region of the signal in frequency, compare the amplitude of the DGS with the threshold and decide on the detection and localization region of the scattered signal in frequency, for each detected scattered signal from the stored complex amplitudes of the DGS, they synthesize the spatial spectral density, according to the maximum modulus of spatial spectral density is determined by its two-dimensional bearing, by which a decision is made on the detection of an air object.

Способ-прототип из известных способов борьбы с помехами использует только способ пространственной селекции на основе направленных свойств антенны и нетрадиционный способ частотной обработки, обеспечивающий фильтрацию сигналов на фоне помех по доплеровской частоте.The prototype method of the known methods for combating interference uses only a spatial selection method based on the directional properties of the antenna and an unconventional frequency processing method that filters the signals against the background of interference at the Doppler frequency.

Однако принятый многолучевой радиосигнал, как правило, включает мощные прямые сигналы и отраженные от земной инфраструктуры компоненты сигнала выбранного передатчика, излучающего непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал. Кроме того, он содержит задержанные по времени и сдвинутые на частоту доплеровского смещения рассеянные воздушными объектами сигналы, а также сигналы других неконтролируемых источников, работающих на частоте, совпадающей с частотой приема. Для эффективного обнаружения и точной пространственной локализации широкого класса воздушных объектов (большие, средние, малые самолеты и беспилотные летательные аппараты, вертолеты, ракеты, спускаемые аппараты) необходимо качественное выделение слабых рассеянных объектами сигналов на фоне мощного прямого сигнала выбранного передатчика подсвета, а также на фоне сигналов других нежелательных источников. В наиболее типичных ситуациях уровень помех на 40-60 дБ превышает уровень отраженных сигналов.However, the received multipath radio signal, as a rule, includes powerful direct signals and the signal components reflected from the terrestrial infrastructure of the signal of the selected transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal. In addition, it contains signals delayed in time and shifted by the frequency of the Doppler shift, scattered by air objects, as well as signals of other uncontrolled sources operating at a frequency that coincides with the frequency of reception. For effective detection and accurate spatial localization of a wide class of airborne objects (large, medium, small planes and unmanned aerial vehicles, helicopters, rockets, descent vehicles), high-quality separation of weak signals scattered by objects against the background of a powerful direct signal from a selected backlight transmitter, as well as against the background, is necessary signals from other unwanted sources. In most typical situations, the noise level is 40-60 dB higher than the level of reflected signals.

Недостатком способа-прототипа является низкая помехоустойчивость, и, как следствие, низкая чувствительность обнаружения и недостаточная точность пеленгования воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.The disadvantage of the prototype method is the low noise immunity, and, as a result, low detection sensitivity and insufficient accuracy of direction finding of air objects in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности пеленгования воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.The technical result of the invention is to increase the detection sensitivity and accuracy of direction finding of air objects in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Повышение чувствительности обнаружения и точности пеленгования воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн достигается за счет применения операций радиоэлектронной компенсации мощного прямого многолучевого радиосигнала передатчика подсвета, являющегося дополнительной когерентной помехой, маскирующей слабые рассеянные сигналы, путем идентификации и измерения параметров сигналов когерентных помех и вычитания сигналов когерентных помех из сигналов, принятых каждой антенной.An increase in the detection sensitivity and direction finding accuracy of airborne objects under the conditions of multipath propagation of radio waves is achieved through the use of electronic compensation of the powerful direct multipath radio signal of the backlight transmitter, which is an additional coherent noise masking weak scattered signals by identifying and measuring the parameters of coherent interference signals and subtracting coherent interference signals from the signals received by each antenna.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения и пеленгования воздушных объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчик, излучающий непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал, когерентно принимают решеткой из N антенн многолучевой радиосигнал, включающий прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы

, где n=1,…, N - номер антенного элемента, z - номер временного отсчета сигнала, из цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество статистически независимых сигналов дискретного частотного представления (ДЧП), весовым усреднением сигналов ДЧП отдельной антенны на каждой дискретной частоте находят комплексную величину, которую запоминают и предварительно идентифицируют как комплексную амплитуду дискретной гармонической составляющей (ДГС) дискретно-непрерывного спектра сигнала, используя комплексные амплитуды ДГС сигнала совместно с соответствующими сигналами ДЧП определяют дисперсионное отношение на каждой частоте, сравнивают дисперсионное отношение с порогом и принимают решение об обнаружении и области локализации сигнала по частоте, сравнивают амплитуду ДГС с порогом, согласно изобретению при превышении порога идентифицируют эту ДГС как сигнал когерентной помехи, находят и фиксируют значение амплитуды, частоты и фазы идентифицированных сигналов когерентной помехи, генерируют гармонические сигналы

с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляют разностный цифровой сигнал каждой антенны

где M - число идентифицированных сигналов когерентной помехи, из разностных цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество статистически независимых модифицированных сигналов ДЧП, весовым усреднением модифицированных сигналов ДЧП отдельной антенны на каждой дискретной частоте находят комплексную величину, которую запоминают и предварительно идентифицируют как комплексную амплитуду ДГС спектра рассеянного сигнала, принятого n-й антенной, используя комплексные амплитуды ДГС спектра рассеянного сигнала совместно с соответствующими модифицированными сигналами ДЧП, определяют модифицированное дисперсионное отношение на каждой частоте, сравнивают модифицированное дисперсионное отношение с порогом и принимают решение об обнаружении рассеянного сигнала и фиксируют значение его абсолютного доплеровского сдвига частоты, для каждого обнаруженного рассеянного сигнала по запомненным комплексным амплитудам ДГС определяют азимутально-угломестные направления прихода, по азимутально-угломестному направлению прихода и значению абсолютного доплеровского сдвига частоты принимают решение об обнаружении воздушного объекта и находят оценку радиальной скорости обнаруженного воздушного объекта.The technical result is achieved by the fact that in the method for detecting and detecting airborne objects, which consists in selecting a transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal, a multi-beam radio signal including the direct radio signal of the transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by objects is coherently received by an array of N antennas synchronously transform the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals

, where n = 1, ..., N is the number of the antenna element, z is the number of the time signal, from the digital signals of each antenna

receive and store a set of statistically independent signals of a discrete frequency representation (DFD), by weighting averaging the DFD signals of an individual antenna at each discrete frequency, find a complex value that is stored and previously identified as the complex amplitude of the discrete harmonic component (DGS) of the discrete-continuous signal spectrum using complex the amplitudes of the DGS signal together with the corresponding signals of the PDP determine the dispersion relation at each frequency, compare t the dispersion relation with a threshold and decide on the detection and localization of the signal by frequency, compare the amplitude of the DGS with the threshold, according to the invention, when the threshold is exceeded, this DGS is identified as a coherent interference signal, the amplitude, frequency and phase of the identified coherent interference signals are found and fixed, generate harmonic signals

with the corresponding found values of the amplitude, frequency and phase, calculate the difference digital signal of each antenna

where M is the number of identified coherent interference signals from the difference digital signals of each antenna

receive and store many statistically independent modified signals of the PDP, by weighting the modified signals of the PDP of an individual antenna at each discrete frequency, a complex value is found that is stored and previously identified as the complex amplitude of the DGS of the scattered signal received by the nth antenna using the complex amplitudes of the DGS of the scattered spectrum signal together with the corresponding modified signals of the PDP, determine the modified dispersion ratio on For each frequency, the modified dispersion relation is compared with a threshold and a decision is made to detect a scattered signal and the value of its absolute Doppler frequency shift is fixed, for each detected scattered signal, the azimuth-angular arrival directions are determined from the stored complex DGS amplitudes, the azimuth-angle direction of arrival and the value absolute Doppler frequency shift decide on the detection of an air object and find an estimate of the radial velocity detection of air object.

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

Фиг.1. Схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ обнаружения и пеленгования воздушных объектов.Figure 1. Functional diagram of a device that implements the proposed method for the detection and direction finding of air objects.

Фиг.2. Структурная схема устройства обнаружения и пеленгования объектов по излучениям их передатчиков.Figure 2. Structural diagram of a device for detecting and detecting objects by radiation from their transmitters.

Фиг.3. Пример компенсации когерентной помехи от прямого сигнала передатчика подсвета.Figure 3. An example of compensation for coherent interference from a direct signal from a backlight transmitter.

Способ обнаружения и пеленгования воздушных объектов осуществляется следующим образом:The method of detection and direction finding of air objects is as follows:

1. Выбирают передатчик, излучающий непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал;1. Select a transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal;

2. Синхронно принимают решеткой из N антенн многолучевой радиосигнал x_n(t), где n=1,…, N - номер антенного элемента, включающий прямой радиосигнал передатчика и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика;2. Synchronously receive a multipath radio signal x _n (t) with an array of N antennas, where n = 1, ..., N is the number of the antenna element, including the direct radio signal of the transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by objects;

3. Синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов x_n(t) в цифровые сигналы

, где z - номер временного отсчета сигнала;3. Synchronously transform the ensemble of radio signals x _n (t) received by the antennas into digital signals

where z is the number of the time reference signal;

4. Из цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество L статистически независимых сигналов ДЧП y_n(l, f), где l - номер сигнала ДЧП, l=1,…, L, а f - номер частотного отсчета, f=1,…, P.4. From the digital signals of each antenna

receive and remember the set L of statistically independent PDP signals y _n (l, f), where l is the number of the PDP signal, l = 1, ..., L, and f is the frequency reference number, f = 1, ..., P.

Для этого предварительно выполняют следующие действия:To do this, first perform the following steps:

- вычисляют и запоминают ВСВ функции Слепяна (собственные функции ядра Дирихле) U_l(Z, W; f) и собственные значения ядра Дирихле λ_l(Z, W) с использованием формулы- calculate and remember the BCB of the Slepyan function (eigenfunctions of the Dirichlet kernel) U _l (Z, W; f) and eigenvalues of the Dirichlet kernel λ _l (Z, W) using the formula

где W - порядок ВСВ функции,

, а количество используемых ВСВ функций совпадает с числом L формируемых сигналов ДЧП (обычно полагают L=5-6);where W is the order of the BCB function,

, and the number of used BCB functions coincides with the number L of generated signals of the PDP (usually it is assumed L = 5-6);

- вычисляют и запоминают дискретные вытянутые сфероидальные последовательности

, получаемые с помощью ДПФ от дискретных ВСВ функций U_l(Z, W; f)- discrete elongated spheroidal sequences are calculated and stored

obtained with the help of the DFT from discrete HSS functions U _l (Z, W; f)

После этого, используя ДПФ с различными спектральными окнами, в качестве которых берут запомненные дискретные вытянутые сфероидальные последовательности различного порядка, формируют множество статистически независимых сигналов ДЧП по следующей формуле:After that, using the DFT with various spectral windows, which are used as the memorized discrete elongated spheroidal sequences of various orders, form a lot of statistically independent PDP signals according to the following formula:

.

В результате данной операции для каждой n-й антенны на каждой частоте f получают множество L сигналов ДЧП y_n(l, f), где l=1,…, L, f=1,…, P.As a result of this operation, for each nth antenna at each frequency f, a set of L PDP signals y _n (l, f) is obtained, where l = 1, ..., L, f = 1, ..., P.

Отметим, что при необходимости, например для повышения информативности обнаружения путем визуализации, с использованием полученных ДЧП y_n(l, f) может быть определена спектральная плотность мощности сигнала, принятого каждой n-й антенной на каждой частоте f по следующей формуле:Note that if necessary, for example, to increase the information content of detection by visualization, using the obtained PDP y _n (l, f), the spectral power density of the signal received by each nth antenna at each frequency f can be determined by the following formula:

5. Весовым усреднением сигналов ДЧП отдельной антенны y_n(l, f) на каждой дискретной частоте f находят комплексную величину, которую запоминают и предварительно идентифицируют как комплексную амплитуду ДГС дискретно-непрерывного спектра сигнала, принятого n-й антенной на частоте f. Весовое усреднение сигналов ДЧП осуществляют путем выбора в качестве весового множителя ВСВ функции Слепяна U_l(Z, W; 0) на нулевой частоте:5. By weighting averaging the signals of the ADF of a separate antenna y _n (l, f) at each discrete frequency f, find the complex value that is stored and previously identified as the complex amplitude of the DGS of the discrete-continuous spectrum of the signal received by the nth antenna at frequency f. Weighted averaging of the signals of the PDP is carried out by choosing the Slepian function U _l (Z, W; 0) at zero frequency as the weighting factor of the BCB:

Для повышения эффективности обнаружения и точности пеленгования определение комплексных амплитуд ДГС сигнала

осуществляют путем линейной регрессии в окрестности частоты f:To increase the detection efficiency and direction finding accuracy, the determination of the complex amplitudes of the DGS signal

carried out by linear regression in the vicinity of the frequency f:

6. Используя комплексные амплитуды ДГС

сигнала совместно с соответствующими сигналами ДЧП y_n(l, f), определяют для n-й антенны дисперсионное отношение на каждой частоте f:6. Using the complex amplitudes of the DGS

signal together with the corresponding signals of the PDP y _n (l, f), determine the dispersion ratio for the nth antenna at each frequency f:

Для повышения эффективности обнаружения определение дисперсионных отношений F_n(f) осуществляют путем линейной регрессии в окрестности частоты f:To increase the detection efficiency, the determination of dispersion relations F _n (f) is carried out by linear regression in the vicinity of the frequency f:

7. Сравнивают дисперсионное отношение F_n(f) с порогом F₀ и принимают решение об обнаружении и области локализации сигнала по частоте.7. Compare the dispersion relation F _n (f) with the threshold F ₀ and decide on the detection and frequency localization of the signal.

При этом порог F₀ определяется по заданной вероятности, например 95%, с использованием F - статистики. Если F_n(f)>F₀ (оценка

значима) принимается решение об обнаружении сигнала, принятого n-й антенной на частоте f. В целях снижения вероятности ложной тревоги, окончательное решение об обнаружении сигнала на частоте f принимается, если оценки

значимы на всех N антеннах решетки. Сигналы с частотами, на которых превышен порог, объединяют в сигнал и идентифицируют его как обнаруженный на частоте f₀ сигнал с полосой δf;Moreover, the threshold F ₀ is determined by a given probability, for example 95%, using F statistics. If F _n (f)> F ₀ (estimate

significant) a decision is made to detect the signal received by the nth antenna at frequency f. In order to reduce the likelihood of a false alarm, the final decision on the detection of a signal at a frequency f is made if the estimates

significant on all N antennas of the array. Signals with frequencies at which the threshold is exceeded are combined into a signal and identified as a signal with a band δf detected at a frequency f ₀ ;

8. Сравнивают амплитуду ДГС

с порогом;8. Compare the amplitude of the DGS

with a threshold;

9. При превышении порога идентифицируют эту ДГС

как сигнал когерентной помехи;9. If the threshold is exceeded, this DGS is identified.

as a signal of coherent interference;

10. Находят и фиксируют значение амплитуды, частоты и фазы идентифицированных сигналов когерентной помехи;10. Find and record the value of the amplitude, frequency and phase of the identified signals of coherent interference;

11. Генерируют гармонические сигналы

с соответствующими найденными значениями амплитуды, частоты и фазы;11. Generate harmonic signals

with the corresponding found values of the amplitude, frequency and phase;

12. Вычисляют разностный цифровой сигнал каждой антенны

где М - число идентифицированных сигналов когерентной помехи.12. Calculate the differential digital signal of each antenna

where M is the number of identified coherent interference signals.

Эта операция является ключевой в задаче повышения чувствительности обнаружения и точности пеленгования воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.This operation is key in the task of increasing the sensitivity of detection and the accuracy of direction finding of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Физически данная операция обеспечивает вычитание из принятых каждой антенной сигналов, сигнала многолучевой когерентной помехи, возникающей за счет просачивания многолучевого прямого радиосигнала передатчика подсвета;Physically, this operation provides the subtraction from the signals received by each antenna of the multipath coherent interference signal arising from the leakage of the multipath direct radio signal of the backlight transmitter;

13. Из разностных цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество статистически независимых модифицированных сигналов ДЧП;13. Of the differential digital signals of each antenna

receiving and storing a plurality of statistically independent modified PDP signals;

14. Из разностных цифровых сигналов каждой антенны

получают и запоминают множество L статистически независимых модифицированных сигналов ДЧП

.14. Of the differential digital signals of each antenna

receive and store a plurality of L statistically independent modified PDP signals

.

Пример компенсации реальной когерентной помехи от передатчика подсвета представлен на фиг.3. Из сравнения фиг.3а (спектральная плотность мощности сигнала ДЧП

до компенсации когерентной помехи) и фиг.3б (спектральная плотность мощности сигнала ДЧП

после компенсации) следует, что за счет компенсации удается уменьшить уровень реальной когерентной помехи на 40-50 дБ;An example of real coherent interference compensation from a backlight transmitter is shown in FIG. 3. From the comparison of figa (spectral power density of the signal of the PDP

to compensate for coherent interference) and figb (spectral power density of the signal of the PDP

after compensation) it follows that due to compensation it is possible to reduce the level of real coherent interference by 40-50 dB;

15. Весовым усреднением модифицированных сигналов ДЧП отдельной антенны

на каждой дискретной частоте f находят комплексную величину, которую запоминают и предварительно идентифицируют как комплексную амплитуду ДГС спектра рассеянного сигнала, принятого n-й антенной на частоте f;15. Weighted averaging of the modified PDP signals of an individual antenna

at each discrete frequency f, a complex value is found, which is stored and previously identified as the complex amplitude of the GVD of the spectrum of the scattered signal received by the nth antenna at frequency f;

16. Используя комплексные амплитуды

ДГС спектра рассеянного сигнала совместно с соответствующими модифицированными сигналами ДЧП

, определяют модифицированное дисперсионное отношение на каждой частоте f:16. Using complex amplitudes

DGS of the spectrum of the scattered signal together with the corresponding modified signals of the PDP

, determine the modified dispersion ratio at each frequency f:

17. Сравнивают модифицированное дисперсионное отношение

с порогом F₀ и принимают решение об обнаружении рассеянного сигнала и фиксируют значение его абсолютного доплеровского сдвига частоты ω_p.17. Compare the modified dispersion ratio

with a threshold of F ₀ and decide on the detection of the scattered signal and fix the value of its absolute Doppler frequency shift ω _p .

18. Для каждого обнаруженного рассеянного сигнала по запомненным комплексным амплитудам ДГС определяют азимутально-угломестные направления прихода.18. For each detected scattered signal, the azimuthal elevation directions of arrival are determined from the stored complex amplitudes of the DGS.

При определении азимутально-угломестных направлений прихода рассеянных сигналов, например, с использованием способа [3], по комплексным амплитудам

ДГС спектра рассеянного сигнала синтезируется комплексный двумерный угловой спектр, по максимумам модуля которого определяется азимутально-угломестное направление прихода (α_p, β_p) p-го рассеянного сигнала;When determining the azimuth-elevation directions of arrival of scattered signals, for example, using the method [3], according to complex amplitudes

The DGS of the scattered signal spectrum synthesizes a complex two-dimensional angular spectrum, the maximum modulus of which determines the azimuthal elevation direction of arrival (α _p , β _p ) of the pth scattered signal;

19. По азимутально-угломестному направлению прихода (α_p, β_p) p-го рассеянного сигнала и значению абсолютного доплеровского сдвига частоты ω_p принимают решение об обнаружении воздушного объекта и находят оценку его радиальной скорости

, где λ - длина волны радиосигнала подсвета, θ - величина бистатического угла, то есть угла между направлением «передатчик - объект» и азимутально-угломестным направлением прихода p-го рассеянного сигнала (α_p, β_p) (направлением «объект - устройство обнаружения и пеленгования»).19. According to the azimuth-elevation direction of arrival (α _p , β _p ) of the pth scattered signal and the value of the absolute Doppler frequency shift ω _p , a decision is made to detect an air object and an estimate of its radial velocity

, where λ is the wavelength of the illumination radio signal, θ is the value of the bistatic angle, that is, the angle between the direction “transmitter - object” and the azimuthal elevation direction of arrival of the pth scattered signal (α _p , β _p ) (direction “object - detection device and direction finding ”).

Укрупненная схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ обнаружения и пеленгования воздушных объектов, представлена на фиг.1. Схема включает передатчик РПД с известным местоположением, излучающий непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал, а также станцию обнаружения-пеленгования (СОП). Радиосигнал передатчика РПД распространяется земной или поверхностной волной, которые принимаются станцией обнаружения-пеленгования в виде прямого радиосигнала, а также облучающей заданную область воздушного пространства волной, принимаемой станцией обнаружения-пеленгования в виде рассеянных от воздушного объекта радиосигналов.An enlarged diagram of the functioning of the device that implements the proposed method for the detection and direction finding of air objects is presented in figure 1. The circuit includes an RPD transmitter with a known location emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal, as well as a detection-direction-finding (SOP) station. The radio signal of the RPD transmitter is propagated by a ground or surface wave, which is received by the detection-direction-finding station in the form of a direct radio signal, and also by the wave irradiating a given area of the airspace, received by the detection-direction-finding station in the form of radio signals scattered from the airborne object.

Передатчик РПД условно может быть отнесен к одному из классов: неконтролируемые (неуправляемые) и контролируемые (управляемые). Например, если передатчик РПД специально не создавался для совместной работы со станцией обнаружения-пеленгования и не имеют линий связи со станцией обнаружения-пеленгования, он может рассматриваться как неконтролируемый (неуправляемый). В качестве неконтролируемых передатчиков могут быть выбраны любые системы или устройства, излучающие в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн непрерывные монохроматические или амплитудно-модулированные радиосигналы, удовлетворяющие следующим требованиям: пространственное положение, должно обеспечивать 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); частота и мощность излучаемого радиосигнала должны обеспечивать эффективное обнаружение широкого класса воздушных объектов. Примером неконтролируемых передатчиков могут быть передатчики связных, информационных и измерительных радиосистем различного назначения. Если передатчик РПД 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 режимами работы передатчика РПД предусмотрена линия связи (см. фиг.1) с СОП.The RPD transmitter can conditionally be assigned to one of the classes: uncontrolled (uncontrolled) and controlled (managed). For example, if the RPD transmitter was not specifically created for collaboration with a detection-direction finding station and does not have communication lines with a detection-direction finding station, it can be considered as uncontrolled (uncontrolled). As uncontrolled transmitters, any systems or devices emitting continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signals that satisfy the following requirements in the short, meter, decimeter, and centimeter wave bands can be selected that satisfy the following requirements: spatial position should provide direct visibility between the transmitter and the detection system (if the parameters Since the radio signal is accurate a priori, then the direct visibility between the transmitter and the detection system is not beating); the frequency and power of the emitted radio signal should provide effective detection of a wide class of airborne objects. An example of uncontrolled transmitters can be transmitters of communication, information and measuring radio systems for various purposes. If the RPD 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). Moreover, to control the operating modes of the RPD transmitter, a communication line is provided (see Fig. 1) with SOP.

Устройство (фиг 2.), в котором реализуется предложенный способ, включает последовательно соединенные антенную систему 1, N-канальный преобразователь частоты 2, N-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислитель сигналов ДЧП 4, вычислитель комплексных амплитуд 5, вычислитель дисперсионных отношений 6, обнаружитель когерентной помехи 7, устройство компенсации когерентной помехи 8, вычислитель модифицированных сигналов ДЧП 9, вычислитель комплексных амплитуд рассеянных сигналов 10, вычислитель модифицированных дисперсионных отношений 11, обнаружитель рассеянных сигналов 12 и устройство обнаружения и определения параметров воздушных объектов 13.The device (Fig 2.), which implements the proposed method, includes a series-connected antenna system 1, an N-channel frequency converter 2, an N-channel analog-to-digital converter (ADC) 3, an analog signal calculator 4, a complex amplitude calculator 5, a computer dispersion relations 6, a coherent interference detector 7, a coherent interference compensation device 8, a modified signal processor calculator 9, a complex scattered signal amplitude calculator 10, a modified dispersion relational calculator solution 11, a scattered signal detector 12 and a device for detecting and determining parameters of airborne objects 13.

Антенная система 1 содержит N антенн с номерами n=1…N, объединенных в решетку. Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: линейной, плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной.Antenna system 1 contains N antennas with numbers n = 1 ... N, combined in an array. The antenna array can be of any spatial configuration: linear, flat, rectangular, flat, annular or surround, in particular conformal.

Преобразователь частоты 2 выполнен в N-канальном варианте с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, во много раз превышающей ширину спектра одиночного сигнала передатчика. Общий гетеродин обеспечивает N-канальный когерентный прием сигналов, что является основным условием регистрации относительной разности фаз сигналов, принимаемых совокупностью антенн. Кроме этого, преобразователь 2 обеспечивает калибровку по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.Frequency converter 2 is made in the N-channel version with a common local oscillator and with a channel bandwidth of each channel many times greater than the spectrum width of a single transmitter signal. The common local oscillator provides N-channel coherent signal reception, which is the main condition for recording the relative phase difference of the signals received by the set of antennas. In addition, the transducer 2 provides calibration according to the internal signal source. In this case, a noise generator can be used, the output of which can also be connected instead of all antennas for periodic calibration of channels.

Если разрядность и быстродействие N-канального АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, при построении радиоизображения в KB диапазоне, то вместо преобразователя 2 могут использоваться частотно избирательный полосовой фильтр и усилитель. Другими словами, аналоговая часть устройства, реализующего предлагаемый способ, может быть построена по принципу прямого усиления.If the capacity and speed of the N-channel ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of input signals, such as, for example, when constructing a radio image in the KB range, then a frequency selective bandpass filter and amplifier can be used instead of converter 2. In other words, the analog part of the device that implements the proposed method can be built on the principle of direct amplification.

Вычислители 4-6 и 9-11, обнаружители 7 и 12, а также устройства 8 и 13 построены по многоканальной схеме, которая обеспечивает максимальное быстродействие благодаря параллельной обработке сигналов.Computers 4-6 and 9-11, detectors 7 and 12, as well as devices 8 and 13 are constructed according to a multi-channel scheme, which provides maximum performance due to parallel signal processing.

Работает устройство, реализующее способ обнаружения и пеленгования воздушных объектов, следующим образом.A device that implements a method for the detection and direction finding of air objects, as follows.

Многолучевой радиосигнал, включающий прямой радиосигнал передатчика, излучающего непрерывный монохроматический или амплитудно-модулированный радиосигнал, и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика когерентно принимается решеткой из N антенн и поступает на входы преобразователя 2, где когерентно переносятся на более низкую частоту.A multipath radio signal, including the direct radio signal of a transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal, and the radio signals of this transmitter scattered by objects are coherently received by an array of N antennas and fed to the inputs of converter 2, where they are coherently transferred to a lower frequency.

С помощью АЦП 3 преобразованный по частоте ансамбль сигналов синхронно преобразуется в цифровые сигналы. Цифровые сигналы поступают на входы вычислителя сигналов ДЧП 4.Using ADC 3, the frequency-converted ensemble of signals is synchronously converted to digital signals. Digital signals are fed to the inputs of the calculator signals PDP 4.

В вычислителе 4 из цифровых сигналов каждой антенны получается множество статистически независимых сигналов ДЧП. Полученное для каждой n-й антенны на каждой частоте множество сигналов ДЧП поступает на вход вычислителя комплексных амплитуд 5, где запоминается.In the calculator 4, from the digital signals of each antenna, a plurality of statistically independent PDP signals are obtained. Obtained for each nth antenna at each frequency, the set of PD signals is fed to the input of the complex amplitude calculator 5, where it is stored.

Кроме того, в вычислителе 5 весовым усреднением сигналов ДЧП отдельной антенны на каждой дискретной частоте находится комплексная величина, которая запоминается и предварительно идентифицируется как комплексная амплитуда ДГС дискретно-непрерывного спектра сигнала.In addition, in the calculator 5 by the weighted averaging of the signals of the ADF of a separate antenna at each discrete frequency, there is a complex quantity that is stored and previously identified as the complex amplitude of the DGS of the discrete-continuous spectrum of the signal.

Полученные комплексные амплитуды ДГС совместно с соответствующими сигналами ДЧП поступают на вход вычислителя дисперсионных отношений 6.The obtained complex amplitudes of the DGS together with the corresponding signals of the PDP are fed to the input of the calculator of dispersion relations 6.

В вычислителе 6 комплексные амплитуды ДГС сигнала совместно с соответствующими сигналами ДЧП используются для определения дисперсионного отношения на каждой частоте, которое поступает на вход обнаружителя 7.In the calculator 6, the complex amplitudes of the DGS signal, together with the corresponding signals of the PDP, are used to determine the dispersion ratio at each frequency, which is fed to the input of the detector 7.

В обнаружителе 7 сравнивается дисперсионное отношение с порогом и принимается решение об обнаружении и области локализации сигнала по частоте, сравнивается амплитуда ДГС с порогом и при превышении порога эта ДГС идентифицируется как сигнал когерентной помехи. Идентифицированные ДГС поступают в устройство компенсации когерентной помехи 8.In detector 7, the dispersion relation is compared with a threshold and a decision is made on the detection and frequency localization region of the signal, the amplitude of the GVD is compared with the threshold, and when the threshold is exceeded, this GVD is identified as a coherent interference signal. The identified DGSs enter the coherent interference compensation device 8.

В устройстве 8 находятся и фиксируются значения амплитуды, частоты и фазы идентифицированных сигналов когерентной помехи, генерируются гармонические сигналы с соответствующими найденными значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляется разностный цифровой сигнал каждой антенны.The device 8 contains and fixes the values of the amplitude, frequency and phase of the identified coherent interference signals, generates harmonic signals with the corresponding values of the amplitude, frequency and phase, and calculates the differential digital signal of each antenna.

Разностные цифровые сигналы поступают в вычислитель модифицированных сигналов ДЧП 9.Difference digital signals are fed to the computer modified signals PDP 9.

В вычислителе 9 из разностных цифровых сигналов каждой антенны получается и запоминается множество статистически независимых модифицированных сигналов ДЧП, которое поступает в вычислитель комплексных амплитуд рассеянных сигналов 10.In the calculator 9, from the difference digital signals of each antenna, a plurality of statistically independent modified signals of the PDP is received and stored, which enters the calculator of the complex amplitudes of the scattered signals 10.

В вычислителе 10 весовым усреднением модифицированных сигналов ДЧП отдельной антенны на каждой дискретной частоте находится комплексная величина, которая предварительно идентифицируется как комплексная амплитуда ДГС спектра рассеянного сигнала, принятого n-й антенной.In the calculator 10, a weighted averaging of the modified signals of the PDP of an individual antenna at each discrete frequency contains a complex quantity, which is previously identified as the complex amplitude of the DGS of the scattered signal received by the nth antenna.

Идентифицированная как комплексная амплитуда ДГС спектра рассеянного сигнала поступает в вычислитель модифицированного дисперсионного отношения 11, где запоминается.Identified as the complex amplitude of the DGS of the scattered signal spectrum, it enters the computer of the modified dispersion ratio 11, where it is stored.

Кроме того, в вычислителе 11, используя комплексные амплитуды ДГС спектра рассеянного сигнала совместно с соответствующими модифицированными сигналами ДЧП, определяется модифицированное дисперсионное отношение на каждой частоте, которое совместно с комплексными амплитудами ДГС спектра рассеянного сигнала поступает в обнаружитель рассеянного сигнала 12.In addition, in the calculator 11, using the complex amplitudes of the DGS of the scattered signal spectrum, together with the corresponding modified signals of the PDP, a modified dispersion ratio is determined at each frequency, which, together with the complex amplitudes of the DGS of the spectrum of the scattered signal, enters the scattered signal detector 12.

В обнаружителе 12 сравнивается модифицированное дисперсионное отношение с порогом и принимается решение об обнаружении рассеянного сигнала, а также фиксируется значение его абсолютного доплеровского сдвига частоты. Кроме того, для каждого обнаруженного рассеянного сигнала по запомненным комплексным амплитудам ДГС определяются азимутально-угломестные направления прихода.In the detector 12, the modified dispersion relation is compared with a threshold and a decision is made to detect a scattered signal, and the value of its absolute Doppler frequency shift is recorded. In addition, for each detected scattered signal, the azimuthal elevation directions of arrival are determined from the stored complex amplitudes of the DGS.

Найденные значения абсолютного доплеровского сдвига частоты и азимутально-угломестные направления прихода рассеянных сигналов поступают в устройство обнаружения и определения параметров воздушных объектов 13.The found values of the absolute Doppler frequency shift and the azimuthal elevation directions of arrival of scattered signals enter the device for detecting and determining the parameters of airborne objects 13.

В устройстве 13 по азимутально-угломестному направлению прихода и значению абсолютного доплеровского сдвига частоты принимается решение об обнаружении воздушного объекта и находится оценка радиальной скорости воздушного объекта.In the device 13 according to the azimuthal elevation direction of arrival and the value of the absolute Doppler frequency shift, a decision is made to detect an air object and an estimate of the radial velocity of the air object is found.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности пеленгования воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн за счет применения операций радиоэлектронной компенсации мощного прямого многолучевого радиосигнала передатчика подсвета, являющегося дополнительной когерентной помехой, маскирующей слабые рассеянные сигналы, путем идентификации и измерения параметров сигналов когерентных помех и вычитания сигналов когерентных помех из сигналов, принятых каждой антенной.Thus, the proposed method provides an increase in the detection sensitivity and accuracy of direction finding of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves due to the use of electronic compensation of the powerful direct multipath radio signal of the backlight transmitter, which is an additional coherent interference masking weak scattered signals by identifying and measuring the parameters of coherent interference signals and subtracting coherent interference signals from the signals received by each shadowy.

Источники информацииInformation sources

1. RU, патент, 2158002, кл. G01S 13/14, 2000 г.1. RU, patent, 2158002, cl. G01S 13/14, 2000

2. RU, патент, 2309423, кл. G01S 5/02, 2007 г.2. RU, patent, 2309423, cl. G01S 5/02, 2007

3. RU, патент, 2190236, кл. G01S 5/04, 2002 г.3. RU, patent, 2190236, cl. G01S 5/04, 2002

Claims

A method for detecting and detecting airborne objects, which consists in selecting a transmitter emitting a continuous monochromatic or amplitude-modulated radio signal, coherently receiving a multipath radio signal from N antennas, including a direct radio signal from a transmitter and scattered objects from this transmitter, synchronously transform the ensemble of received antennas into digital signals

receive and store a set of statistically independent signals of a discrete frequency representation (DFD), by weighting averaging the DFD signals of an individual antenna at each discrete frequency, find a complex value that is stored and previously identified as the complex amplitude of the discrete harmonic component (DGS) of the discrete-continuous signal spectrum using complex the amplitudes of the DGS signal, together with the corresponding signals of the PDP, determine the dispersion relation at each frequency, comparing t the dispersion relation with a threshold and decide on the detection and localization of the signal by frequency, compare the amplitude of the DGS with a threshold, characterized in that when the threshold is exceeded, this DGS is identified as a coherent interference signal, the amplitude, frequency and phase of the identified coherent signals are found and recorded interference generates harmonic signals

where M is the number of identified coherent interference signals from the differential digital signals of each antenna

receive and store many statistically independent modified signals of the PDP, by weighting the modified signals of the PDP of an individual antenna at each discrete frequency, a complex value is found that is stored and previously identified as the complex amplitude of the DGS of the scattered signal received by the nth antenna using the complex amplitudes of the DGS of the scattered spectrum signal together with the corresponding modified signals of the PDP, determine the modified dispersion ratio on For each frequency, the modified dispersion relation is compared with a threshold and a decision is made to detect a scattered signal and the value of its absolute Doppler frequency shift is fixed, for each detected scattered signal, the azimuth-angular arrival directions are determined from the stored complex DGS amplitudes, the azimuth-angle direction of arrival and the value absolute Doppler frequency shift decide on the detection of an air object and find an estimate of the radial velocity air facility.