RU2444753C1 - Radio monitoring method of air objects - Google Patents

Radio monitoring method of air objects Download PDF

Info

Publication number
RU2444753C1
RU2444753C1 RU2010131958/07A RU2010131958A RU2444753C1 RU 2444753 C1 RU2444753 C1 RU 2444753C1 RU 2010131958/07 A RU2010131958/07 A RU 2010131958/07A RU 2010131958 A RU2010131958 A RU 2010131958A RU 2444753 C1 RU2444753 C1 RU 2444753C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
radio
frequency
scattered
Prior art date
Application number
RU2010131958/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Григорьевич Пархоменко (RU)
Николай Григорьевич Пархоменко
Геннадий Георгиевич Вертоградов (RU)
Геннадий Георгиевич Вертоградов
Валерий Николаевич Шевченко (RU)
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") filed Critical Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь")
Priority to RU2010131958/07A priority Critical patent/RU2444753C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444753C1 publication Critical patent/RU2444753C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: method is implemented due to selection of object illumination transmitter emitting chirp radio signals, use of radio electronic compensation operations of incoherent interference of multiple interfering transmitters and radio electronic compensation operations of strong multi-beam straight beam of illumination transmitter, which is additional coherent interference screening weak reflected signals.
EFFECT: increasing detection sensitivity and accuracy of spatial localisation of wide range of air objects in 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 воздушными объектами 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 scattered signals from airborne objects emitted by many uncontrolled and monitored 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 (связные, измерительные, навигационные и др.) в диапазонах коротких, метровых, дециметровых и сантиметровых волн, пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить скрытность и эффективность обнаружения и пространственной локализации широкого класса подвижных объектов.The technology of passive detection and tracking of airborne objects, using natural illumination of airborne targets, created at multiple frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes (connected, measuring, navigation, etc.) in the ranges of short, meter, decimeter and centimeter waves, has not yet received sufficient distribution , despite the fact that it can significantly increase the stealth and efficiency of detection and spatial localization of a wide class of moving objects.

Известен способ радиоконтроля воздушных объектов [1], заключающийся в том, чтоA known method of radio monitoring 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 Н - 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 target transmitters 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 радиоконтроля воздушных объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа. Согласно этому способу:More effective is the method of radio monitoring of air objects [2], free from this drawback and selected as a prototype. According to this method:

выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром,choose transmitters that emit spread-spectrum radio signals,

синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и рассеянные объектами радиосигналы этих передатчиков,synchronously receive an array of antennas at a plurality of search frequencies multi-beam radio signals, including direct radio signals of the transmitters and the radio signals scattered by the objects of these transmitters,

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

на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют цифровые прямые и сжатые рассеянные сигналы, которые используют для поиска и пространственной локализации воздушных объектов.At each search frequency, digital direct and compressed scattered signals are generated from digital signals, which are used for search and spatial localization of airborne objects.

Способ-прототип не требует наличия на борту обнаруживаемого воздушного объекта передатчика, излучающего радиосигналы, так как обеспечивает обнаружение и слежение за воздушными объектами, используя естественный подсвет воздушных объектов, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения. Эффективность способа-прототипа зависит от ряда факторов, из которых наиболее важно геометрическое расположение источников излучения, их мощность и эффективная площадь рассеяния цели, а также эффективность операций подавления помех, маскирующих слабые рассеянные целями сигналы.The prototype method does not require a transmitter emitting radio signals on board a detectable airborne object, since it provides detection and tracking of airborne objects using natural illumination of airborne objects created at multiple frequencies by radio emissions from various transmitters. The effectiveness of the prototype method depends on a number of factors, of which the most important is the geometric arrangement of the radiation sources, their power and the effective scattering area of the target, as well as the effectiveness of noise reduction operations that mask weak signals scattered by the targets.

Принятый многолучевой радиосигнал, как правило, включает мощные прямые сигналы и отраженные от земной инфраструктуры компоненты сигнала выбранного передатчика. 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, а также на фоне сигналов других нежелательных источников. В наиболее типичных ситуациях уровень помех на 40-60 дБ превышает уровень отраженных сигналов.The received multipath radio signal, as a rule, includes powerful direct signals and the signal components of the selected transmitter reflected from the terrestrial infrastructure. 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 the 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), it is necessary to select high-quality weak signals scattered by objects against the background of a powerful direct signal from the selected transmitter, as well as against the background of signals other unwanted sources. In most typical situations, the noise level is 40-60 dB higher than the level of reflected signals.

Недостатками данного способа являются низкая помехоустойчивость и, как следствие, низкая чувствительность обнаружения, недостаточная точность пространственной локализации воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.The disadvantages of this method are low noise immunity and, as a result, low detection sensitivity, insufficient accuracy of spatial localization of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Способ-прототип из известных способов борьбы с помехами использует только способ пространственной селекции на основе направленных свойств антенны и стандартный способ корреляционной обработки, обеспечивающий сжатие широкополосных сигналов и их фильтрацию на фоне помех по задержке и 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 a standard correlation processing method that compresses the broadband signals and filters them against the background of interference by delay and Doppler frequency.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.The technical result of the invention is to increase the detection sensitivity and accuracy of spatial localization of a wide class of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Повышение чувствительности обнаружения и точности локализации воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн достигается за счет:Increasing the sensitivity of detection and the accuracy of localization of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves is achieved by:

- выбора передатчиков подсвета объектов, излучающих ЛЧМ радиосигналы;- selection of backlight transmitters for objects emitting chirp radio signals;

- применения операций радиоэлектронной компенсации некогерентных помех от множества мешающих передатчиков;- the use of electronic compensation of incoherent interference from a variety of interfering transmitters;

- применения операций радиоэлектронной компенсации мощного прямого многолучевого радиосигнала передатчика подсвета, являющегося дополнительной когерентной помехой, маскирующей слабые рассеянные сигналы;- the use of electronic compensation of the powerful direct multi-beam radio signal of the backlight transmitter, which is an additional coherent interference, masking weak scattered signals;

- применения операций адаптивной пространственной фильтрации, обеспечивающей направленный прием полезного рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений.- the use of adaptive spatial filtering operations, which provides directional reception of a useful scattered signal in a given direction while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions.

Технический результат достигается тем, что в способе радиоконтроля воздушных объектов, заключающемся в том, что выбирают передатчики, излучающие радиосигналы с расширенным спектром, синхронно принимают решеткой антенн на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, включающие прямые радиосигналы передатчиков и рассеянные от объектов радиосигналы этих передатчиков, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, на каждой частоте поиска из цифровых сигналов формируют цифровые прямые и сжатые рассеянные сигналы, которые используют для поиска и пространственной локализации воздушных объектов, согласно изобретению, выбирают передатчик, излучающий непрерывный линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) радиосигнал с расширенным спектром, периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом принимают на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, принятые отдельной антенной решетки на частоте fk дискретной сетки частот приема многолучевые радиосигналы преобразуют в несинхронно

Figure 00000001
и синхронно
Figure 00000002
принятые комплексные цифровые сигналы, где
Figure 00000003
- номер антенны, a z - номер временного отсчета сигнала, которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал
Figure 00000004
, несинхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы
Figure 00000001
в модифицированные несинхронно принятые сигналы
Figure 00000005
, которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал
Figure 00000006
, синхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы
Figure 00000002
в модифицированные синхронно принятые сигналы
Figure 00000007
, которые запоминают, формируют комплексные коэффициенты корреляции
Figure 00000008
между модифицированными несинхронно
Figure 00000009
и синхронно
Figure 00000010
принятыми сигналами, сравнивают модуль каждого комплексного коэффициента корреляции
Figure 00000011
с порогом, при превышении порога вычисляют разностный цифровой сигнал отдельной антенны
Figure 00000012
, разностные цифровые сигналы
Figure 00000013
запоминают, формируют и запоминают временной спектр
Figure 00000014
каждого разностного цифрового сигнала
Figure 00000015
, определяют значения максимумов модуля
Figure 00000016
каждого временного спектра
Figure 00000017
и сравнивают их с порогом, при превышении порога фиксируют номер m превысившего порог максимума и находят значение амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра
Figure 00000018
, а также фиксируют число М превысивших порог максимумов, генерируют М гармонических сигналов
Figure 00000019
с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляют модифицированный разностный сигнал каждой антенны
Figure 00000020
объединяют ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов
Figure 00000021
в матричный цифровой сигнал
Figure 00000022
, который запоминают, из матричного цифрового сигнала
Figure 00000023
формируют сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов
Figure 00000024
, сигнал корреляционной матрицы
Figure 00000025
преобразуют в сигнал оптимального весового вектора
Figure 00000026
, где
Figure 00000027
- вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема рассеянного радиосигнала, частотой fk и геометрией решетки, формируют комплексный цифровой рассеянный сигнал
Figure 00000028
для выбранного азимутально-угломестного направления приема, формируют и запоминают комплексный временной спектр
Figure 00000029
комплексного цифрового рассеянного сигнала
Figure 00000030
, определяют по максимумам модуля
Figure 00000031
спектра
Figure 00000032
число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте fk многолучевом радиосигнале и фиксируют значение частоты ωkp каждого р-го сжатого рассеянного сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму модуля
Figure 00000033
составляющие спектра
Figure 00000034
как сжатый по спектру рассеянный сигнал
Figure 00000035
, выделяют каждый сжатый сигнал
Figure 00000036
, вычисляют временную задержку τkpkp/2πν, где ν - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг The technical result is achieved by the fact that in the method of radio monitoring of airborne objects, which consists in selecting transmitters emitting spread-spectrum radio signals, synchronously receiving an array of antennas at a plurality of search frequencies, multi-beam radio signals, including direct radio signals of transmitters and radio signals of these transmitters scattered from objects, synchronously they transform the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals; at each search frequency, digital lines are formed from digital signals and compressed scattered signals that are used for searching and spatial localization of airborne objects, according to the invention, select a transmitter emitting a continuous linear frequency-modulated (LFM) spread spectrum signal, periodically unsynchronously and synchronously with the irradiating signal, receive multi-beam radio signals at a plurality of search frequencies, received by a separate antenna array at a frequency f k of a discrete grid of receiving frequencies, the multipath radio signals are converted to non-synchronous
Figure 00000001
and synchronously
Figure 00000002
received complex digital signals, where
Figure 00000003
- antenna number, az - time reference number of the signal that remember, form a complex reference signal
Figure 00000004
, unsynchronized with the irradiating radio signal, convert complex digital signals unsynchronously received by individual lattice antennas
Figure 00000001
into modified unsynchronously received signals
Figure 00000005
that remember form a complex reference signal
Figure 00000006
synchronized with the irradiating radio signal, complex digital signals synchronously received by individual antenna arrays are converted
Figure 00000002
into modified synchronously received signals
Figure 00000007
that remember form complex correlation coefficients
Figure 00000008
between modified asynchronously
Figure 00000009
and synchronously
Figure 00000010
received signals, compare the module of each complex correlation coefficient
Figure 00000011
with a threshold, when the threshold is exceeded, a differential digital signal of an individual antenna is calculated
Figure 00000012
differential digital signals
Figure 00000013
remember, form and remember the time spectrum
Figure 00000014
each differential digital signal
Figure 00000015
, determine the values of the maxima of the module
Figure 00000016
each time spectrum
Figure 00000017
and compare them with the threshold, when the threshold is exceeded, fix the number m of the maximum that has exceeded the threshold and find the amplitude, frequency and phase corresponding to the maximum component of the time spectrum
Figure 00000018
, and also fix the number of M exceeded the maximum threshold, generate M harmonic signals
Figure 00000019
with the corresponding found values of the amplitude, frequency and phase, calculate the modified difference signal of each antenna
Figure 00000020
combine an ensemble of modified differential digital signals
Figure 00000021
into a matrix digital signal
Figure 00000022
stored from a matrix digital signal
Figure 00000023
form the signal of the spatial correlation matrix of input signals
Figure 00000024
signal of the correlation matrix
Figure 00000025
convert to an optimal weight vector signal
Figure 00000026
where
Figure 00000027
- the guidance vector, determined by the azimuthal elevation direction of reception of the scattered radio signal, frequency f k and the geometry of the lattice, form a complex digital scattered signal
Figure 00000028
for the selected azimuthal elevation direction of reception, form and store a complex time spectrum
Figure 00000029
integrated digital scattered signal
Figure 00000030
, determined by the maxima of the module
Figure 00000031
spectrum
Figure 00000032
the number of compressed reflected signals in a multipath radio signal received from a selected direction at a frequency f k and the frequency ω kp of each p-th scattered compressed signal is fixed, the corresponding module maximum is identified
Figure 00000033
spectrum components
Figure 00000034
as a spectrum-scattered signal
Figure 00000035
emit every compressed signal
Figure 00000036
, calculate the time delay τ kp = ω kp / 2πν, where ν is the rate of change of the frequency of the LFM radio signal, and the absolute Doppler shift

Figure 00000037
каждого сжатого сигнала, выполняют обнаружение и формируют пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема сжатых рассеянных сигналов.
Figure 00000037
each compressed signal, the detection is performed and the spatial coordinates of the air objects are formed from the values of delay, absolute Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception of the compressed scattered signals.

Таким образом, за счет выбора передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы, применения операций радиоэлектронной компенсации помех от множества мешающих передатчиков и от мощного многолучевого прямого ЛЧМ радиосигнала выбранного передатчика подсвета, а также операций адаптивной пространственной фильтрации слабых рассеянных объектами сигналов удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, due to the choice of transmitters emitting chirped radio signals, the use of radio-electronic interference compensation from a variety of interfering transmitters and from the powerful multipath direct chirp radio signal of the selected backlight transmitter, as well as adaptive spatial filtering of weak scattered signals, it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical result.

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

Фиг.1. Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов.Figure 1. Structural diagram of a device that implements the proposed method for radio monitoring of air objects.

Фиг.2. Схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов.Figure 2. Functional diagram of a device that implements the proposed method of radio monitoring of air objects.

Фиг.3. Схема определения координат воздушного объекта.Figure 3. The scheme for determining the coordinates of an air object.

Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1, систему моделирования и выбора радиопередатчиков (РПД) 2 и вычислительную систему 3.The device (figure 1), which implements the proposed method, contains a series-connected reception and preprocessing system 1, a system for modeling and selection of radio transmitters (RPD) 2 and a computer system 3.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт поиска источников подсвета, включающий преобразователь частоты 1-2, АЦП 1-3 и устройство обнаружения 1-4, а также тракт приема рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-7, АЦП 1-6 и устройство компенсации помех 1-5.In turn, the reception and pre-processing system 1 includes an antenna array 1-1, a path for searching for illumination sources, including a frequency converter 1-2, ADC 1-3 and a detection device 1-4, as well as a path for receiving scattered signals, including a frequency converter 1 -7, ADC 1-6 and interference compensation device 1-5.

Вычислительная система 3 включает устройство адаптивной пространственной фильтрации рассеянных сигналов 3-1, устройство формирования сжатых рассеянных сигналов 3-2, устройство обнаружения и локализации объектов 3-3.Computing system 3 includes a device for adaptive spatial filtering of scattered signals 3-1, a device for generating compressed scattered signals 3-2, a device for detecting and localizing objects 3-3.

При этом система 2 соединена с входом устройства 3-3, а также имеет интерфейс для соединения с внешней базой РПД. Кроме того, устройство 3 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам.In this case, the system 2 is connected to the input of the device 3-3, and also has an interface for connecting to the external base of the RPD. In addition, the device 3 has an output intended for connection to external systems.

Подсистема 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для поиска и измерения параметров синхронизации передатчиков подсвета объектов, излучающих ЛЧМ радиосигналы, а также для приема отраженных радиосигналов и компенсации помех в принятых радиосигналах.Subsystem 1 is an analog-to-digital device and is designed to search and measure the synchronization parameters of backlight transmitters for objects emitting chirp radio signals, as well as for receiving reflected radio signals and compensating for interference in received radio signals.

Отметим, что после того как параметры синхронизации прямого ЛЧМ радиосигнала передатчика измерены или когда они априорно известны, прямой ЛЧМ радиосигнал передатчика может быть сформирован путем моделирования в системе 2.Note that after the synchronization parameters of the direct LFM radio signal of the transmitter are measured or when they are a priori known, the direct LFM radio signal of the transmitter can be generated by modeling in system 2.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами

Figure 00000038
. Пространственная конфигурация антенной решетки должна обеспечивать измерение азимутально-угломестного направления прихода радиосигналов и может быть произвольной пространственной конфигурации.Antenna array 1-1 consists of N antennas with numbers
Figure 00000038
. The spatial configuration of the antenna array should provide measurements of the azimuthal elevation direction of arrival of the radio signals and may be of any spatial configuration.

Преобразователи частоты 1-2 и 1-7 являются N-канальными, выполнены с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов.Frequency converters 1-2 and 1-7 are N-channels, made with a common local oscillator and with the bandwidth of each channel, which is changed in accordance with the width of the spectrum of the received radio signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception.

АЦП 1-3 и 1-6 также является N-канальным и синхронизирован сигналом одного опорного генератора (для упрощения опорный генератор на схеме не показан). Если разрядность и быстродействие АЦП достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, в KB диапазоне, то вместо преобразователей частоты 1-2 и 1-7 могут использоваться частотно избирательные полосовые фильтры и усилители. Кроме этого, преобразователи частоты 1-2 и 1-7 обеспечивают подключение одной из антенн вместо всех антенн решетки для периодической калибровки приемных каналов по внешнему источнику сигнала. Возможна калибровка с использованием внутреннего генератора, выход которого также подключается вместо всех антенн для периодической калибровки каналов.The ADC 1-3 and 1-6 is also N-channel and is synchronized by the signal of one reference oscillator (for simplicity, the reference oscillator is not shown in the diagram). If the resolution and speed of the ADC are sufficient for direct analog-to-digital conversion of the input signals, as, for example, in the KB range, then frequency selective bandpass filters and amplifiers can be used instead of frequency converters 1-2 and 1-7. In addition, frequency converters 1-2 and 1-7 provide the connection of one of the antennas instead of all the antennas of the array for periodic calibration of the receiving channels using an external signal source. Calibration is possible using an internal generator, the output of which is also connected instead of all antennas for periodic calibration of channels.

Устройство обнаружения 1-4 и устройство компенсации помех 1-5 представляют собой вычислительные устройства.The detection device 1-4 and the interference compensation device 1-5 are computing devices.

Подсистема 2 является вычислительным устройством и предназначена для идентификации, отбора и периодического обновления передатчиков ЛЧМ радиосигналов, используемых для подсвета заданной области воздушного пространства, а также для формирования модельных ЛЧМ сигналов выбранных передатчиков.Subsystem 2 is a computing device and is designed to identify, select, and periodically update the LFM transmitters of radio signals used to illuminate a given area of airspace, as well as to generate model LFM signals of selected transmitters.

Вычислительная система 3 предназначена для адаптивной пространственной фильтрации рассеянных сигналов (устройство 3-1), формирования сжатых рассеянных сигналов (устройство 3-2), обнаружения и формирования пространственных координат воздушных объектов (устройство 3-3).Computing system 3 is intended for adaptive spatial filtering of scattered signals (device 3-1), the formation of compressed scattered signals (device 3-2), the detection and formation of spatial coordinates of airborne objects (device 3-3).

Укрупненная схема функционирования устройства, реализующего предложенный способ радиоконтроля воздушных объектов, представлена на фиг.2. Схема включает передатчик РПД с известным местоположением, излучающий ЛЧМ радиосигнал с расширенным спектром, а также станцию обнаружения-пеленгования (СОП). Радиосигнал передатчика РПД распространяются земной или пространственной волной, которая принимается станцией обнаружения-пеленгования в виде прямых радиосигналов, а также облучающей заданную область воздушного пространства волной, принимаемой станцией обнаружения-пеленгования в виде рассеянных воздушными объектами радиосигналов.An enlarged diagram of the functioning of the device that implements the proposed method of radio monitoring of air objects is presented in figure 2. The circuit includes an RPD transmitter with a known location emitting a spread spectrum LFM radio signal, as well as a detection-direction finding (SOP) station. The radio signal of the RPD transmitter is distributed by an earth or spatial wave, which is received by the detection-direction-finding station in the form of direct radio signals, 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 by the airborne objects.

В станции обнаружения-пеленгования выполняется поиск, обнаружение и измерение параметров синхронизации ЛЧМ радиосигналов, которые используются в системе моделирования 2 при моделировании опорного сигнала для последующего разделения принятого станцией многолучевого рассеянного сигнала на отдельные лучи, т.е. при формировании сжатых отраженных от воздушных объектов сигналов.In the detection-direction finding station, search, detection and measurement of the LFM synchronization parameters of radio signals are used, which are used in simulation system 2 for modeling the reference signal for the subsequent separation of the multipath scattered signal received by the station into separate beams, i.e. when forming compressed signals reflected from air objects.

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 ЛЧМ радиосигналы с расширенным спектром и 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 ЛЧМ 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.2) со станцией обнаружения-пеленгования.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 in the short, meter, decimeter and centimeter bands of the LFM radio signals with extended spectrum and satisfying the following requirements can be selected: the spatial position should provide direct visibility between the transmitter and the detection system (if the parameters of the radio signal with accuracy to synchronization are a priori known, then direct visibility between the transmitter and the detection system is not required); 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 LFM transmitters of connected, informational 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 (managed). Moreover, to control the operating modes of the RPD transmitter, a communication line is provided (see Fig. 2) with a detection-direction finding station.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В системе 2 на основе данных внешней базы радиопередатчиков, а также данных об обнаруженных передатчиках подсвета, поступающих от устройства 1-4, с использованием программных средств моделирования идентифицируется, выбирается и периодически обновляется совокупность передатчиков, излучающих непрерывные ЛЧМ радиосигналы с расширенным спектром. При моделировании оцениваются возможные зоны покрытия, вероятности обнаружения и достижимые точности локализации и идентификации воздушных объектов различного класса, которые могут быть обеспечены при различных вариантах размещения передатчиков относительно станции обнаружения-пеленгования. Кроме того, в системе 2 формируются модельные непрерывные ЛЧМ сигналы передатчиков с требуемыми параметрами синхронизации.In system 2, based on the data of the external base of the radio transmitters, as well as the data on the detected backlight transmitters coming from the device 1-4, using the simulation software, a set of transmitters emitting continuous chirp spread radio signals is identified, selected and periodically updated. During the simulation, possible coverage areas, detection probabilities, and achievable localization and identification accuracy of airborne objects of various classes are estimated, which can be provided with different types of placement of transmitters relative to a detection-direction finding station. In addition, in system 2, model continuous chirp signals of transmitters with the required synchronization parameters are generated.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, форма, параметры синхронизации и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно СОП) запоминаются в подсистеме 2, поступают в устройство 3-3, а также используются для настройки преобразователей частоты 1-2 и 1-7. С целью упрощения цепи управления преобразователем не показаны.The parameters of the selected set of transmitters (number, carrier frequency, spectrum width, shape, synchronization parameters and power of the emitted signal, coordinates or distance and angular position relative to the SOP) are stored in subsystem 2, fed to device 3-3, and also used to configure frequency converters 1-2 and 1-7. In order to simplify the control circuit of the converter are not shown.

По сигналам системы 2 преобразователь частоты 1-2 начинает перестраиваться с заданным темпом в заданном диапазоне частот поиска ЛЧМ радиосигналов, например, в диапазоне 10-25 МГц. При этом тракт поиска осуществляет поиск и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета, излучающих ЛЧМ радиосигналы, на частотах fk дискретной сетки частот поиска. При этом принятый каждым антенным элементом с номером n антенной решетки 1-1 зависящий от времени t радиосигнал хkn(t) фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту в преобразователе 1-2. Сформированный в преобразователе 1-2 ансамбль радиосигналов xkn(t) преобразуется с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы, которые поступают в устройство обнаружения 1-4, в котором на каждой частоте fk дискретной сетки частот поиска осуществляется обнаружение и измерение параметров синхронизации передатчиков подсвета. Функционирование устройства обнаружения 1-4 основано на широко известных способах и реализующих их устройствах радиоконтроля, например, [3, 4].According to the signals of system 2, the frequency converter 1-2 begins to be tuned at a given pace in a given frequency range of the search for LFM radio signals, for example, in the range 10-25 MHz. In this case, the search path searches and measures the synchronization parameters of the backlight transmitters emitting LFM radio signals at frequencies f k of a discrete grid of search frequencies. In this case, the time-dependent radio signal x kn (t) received by each antenna element with the number n of the antenna array 1-1 is filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-2. The ensemble of radio signals x kn (t) formed in the converter 1-2 is converted using ADC 1-3 into digital signals that enter the detection device 1-4, in which synchronization parameters are detected and measured at each frequency f k of the discrete search frequency grid backlight transmitters. The functioning of the detection device 1-4 is based on widely known methods and radio monitoring devices implementing them, for example, [3, 4].

После обнаружения и измерения параметров синхронизации выбранного передатчика подсвета, излучающего непрерывный ЛЧМ радиосигнал с расширенным спектром, из системы 2 поступает сигнал управления в преобразователь частоты 1-7.After detecting and measuring the synchronization parameters of the selected illumination transmitter emitting a continuous spread spectrum LFM, a control signal is sent from system 2 to the frequency converter 1-7.

Преобразователь частоты 1-7 периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом перестраивается в заданном диапазоне частот. При этом обеспечивается периодический несинхронный и синхронный с облучающим сигналом прием многолучевых радиосигналов на множестве частот поиска.The frequency converter 1-7 periodically asynchronously and synchronously with the irradiating signal is tuned in a given frequency range. This provides periodic non-synchronous and synchronous with the irradiating signal, the reception of multipath radio signals at multiple search frequencies.

Принятые каждой антенной с номером n решетки 1-1 на частоте fk дискретной сетки частот приема зависящие от времени радиосигналы фильтруются по частоте и переносятся на более низкую частоту в преобразователе 1-7.The time-dependent radio signals received by each antenna with the number n of the array 1-1 at a frequency f k of a discrete reception frequency grid are filtered by frequency and transferred to a lower frequency in converter 1-7.

Сформированный в преобразователе 1-7 ансамбль радиосигналов xkn(t) преобразуется с помощью АЦП 1-6 в несинхронно

Figure 00000039
и синхронно
Figure 00000040
принятые комплексные цифровые сигналы, где z - номер временного отсчета сигнала, которые поступают в устройство 1-5, где запоминаются.The ensemble of radio signals x kn (t) formed in the converter 1-7 is converted by means of the 1-6 ADC to non-synchronous
Figure 00000039
and synchronously
Figure 00000040
received complex digital signals, where z is the number of time samples of the signal that enter the device 1-5, where they are stored.

В устройстве 1-5 на каждой частоте fk дискретной сетки частот приема выполняются следующие действия:In the device 1-5 at each frequency f k of a discrete grid of reception frequencies, the following actions are performed:

- формируется комплексный опорный сигнал

Figure 00000041
, несинхронизированный с облучающим радиосигналом;- a complex reference signal is formed
Figure 00000041
unsynchronized with the irradiating radio signal;

- преобразуются несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы

Figure 00000042
в модифицированные несинхронно принятые сигналы
Figure 00000043
, которые запоминаются.- complex digital signals received asynchronously received by individual antenna arrays are converted
Figure 00000042
into modified unsynchronously received signals
Figure 00000043
that are remembered.

В результате данной операции на каждой частоте fk формируется N модифицированных несинхронно принятых сигналов

Figure 00000009
;As a result of this operation, N modified nonsynchronously received signals are generated at each frequency f k
Figure 00000009
;

- формируется комплексный опорный сигнал

Figure 00000044
, синхронизированный с облучающим радиосигналом;- a complex reference signal is formed
Figure 00000044
synchronized with the irradiating radio signal;

- преобразуются синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы

Figure 00000045
в модифицированные синхронно принятые сигналы
Figure 00000046
, которые запоминаются.- complex digital signals synchronously received by individual array antennas are converted
Figure 00000045
into modified synchronously received signals
Figure 00000046
that are remembered.

В результате данной операции на каждой частоте fk формируется N модифицированных синхронно принятых сигналов

Figure 00000047
;As a result of this operation, N modified synchronously received signals are generated at each frequency f k
Figure 00000047
;

- формируются комплексные коэффициенты корреляции

Figure 00000048
между модифицированными несинхронно
Figure 00000049
и синхронно
Figure 00000047
принятыми сигналами.- complex correlation coefficients are formed
Figure 00000048
between modified asynchronously
Figure 00000049
and synchronously
Figure 00000047
received signals.

Комплексные коэффициенты корреляции

Figure 00000050
могут быть более эффективно вычислены с применением быстрого алгоритма на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ):Complex correlation coefficients
Figure 00000050
can be more efficiently calculated using the fast algorithm based on the fast Fourier transform (FFT):

- сравнивается модуль каждого комплексного коэффициента корреляции

Figure 00000051
с порогом.- compares the module of each complex correlation coefficient
Figure 00000051
with a threshold.

Порог выбирается исходя из минимизации ложной тревоги:The threshold is selected based on minimizing false alarm:

- при превышении порога вычисляется разностный цифровой сигнал отдельной антенны

Figure 00000052
, который запоминается.- when the threshold is exceeded, the differential digital signal of an individual antenna is calculated
Figure 00000052
which is remembered.

Физически данная операция обеспечивает вычитание из сигналов, принятых каждой антенной, сигналов некогерентных помех, создаваемых мешающими радиостанциями. Эксперименты показывают, что компенсацией реальных некогерентных помех удается повысить отношение сигнал/помеха более чем на 10-20 дБ.Physically, this operation provides the subtraction from the signals received by each antenna of the incoherent interference signals created by interfering radio stations. Experiments show that by compensating for real incoherent interference, it is possible to increase the signal-to-noise ratio by more than 10-20 dB.

В результате выполнения данной операции на каждой частоте fk формируется N разностных цифровых сигналов

Figure 00000053
;As a result of this operation, at each frequency f k N differential digital signals are generated
Figure 00000053
;

- формируется и запоминается временной спектр

Figure 00000054
каждого разностного цифрового сигнала
Figure 00000055
;- the time spectrum is formed and stored
Figure 00000054
each differential digital signal
Figure 00000055
;

- определяются значения максимумов модуля

Figure 00000056
каждого временного спектра
Figure 00000057
и сравниваются значения максимумов с порогом;- the values of the maxima of the module are determined
Figure 00000056
each time spectrum
Figure 00000057
and comparing the values of the maxima with the threshold;

- при превышении порога выполняются следующие действия:- when the threshold is exceeded, the following actions are performed:

1) фиксируется номер m превысившего порог максимума;1) the number m is fixed which has exceeded the maximum threshold;

2) находятся значения амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра

Figure 00000058
;2) the values of the amplitude, frequency and phase corresponding to the maximum component of the time spectrum are found
Figure 00000058
;

3) фиксируется число М превысивших порог максимумов;3) the number of M has exceeded the maximum threshold;

4) генерируется М гармонических сигналов

Figure 00000059
с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы;4) M harmonic signals are generated
Figure 00000059
with the corresponding found values of the amplitude, frequency and phase;

5) вычисляется модифицированный разностный сигнал каждой антенны5) a modified differential signal of each antenna is calculated

Figure 00000060
Figure 00000060

Последняя операция является ключевой в задаче повышения чувствительности обнаружения и точности определения пространственных координат воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн. Физически данная операция обеспечивает вычитание из принятых каждой антенной сигналов сигнала многолучевой когерентной помехи, возникающей за счет просачивания многолучевого прямого радиосигнала передатчика подсвета. Экспериментально показано, что компенсацией реальных когерентных помех удается повысить отношение сигнал/помеха более чем на 20-30 дБ.The latter operation is key in the task of increasing the sensitivity of detection and the accuracy of determining the spatial coordinates of airborne objects in the conditions of multipath propagation of radio waves. 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. It was experimentally shown that by compensating for real coherent interference, it is possible to increase the signal-to-noise ratio by more than 20-30 dB.

В результате выполнения данной операции на каждой частоте fk формируется N модифицированных разностных цифровых сигналов

Figure 00000061
которые поступают в вычислительную систему 3, где запоминаются в устройстве 3-1;As a result of this operation, N modified differential digital signals are generated at each frequency f k
Figure 00000061
which enter the computing system 3, where they are stored in the device 3-1;

Кроме того, в устройстве 3-1 на каждой частоте приема fk выполняются следующие действия:In addition, in the device 3-1, at each receiving frequency f k , the following actions are performed:

- ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов

Figure 00000062
объединяется в матричный цифровой сигнал
Figure 00000063
, который запоминается;- ensemble of modified differential digital signals
Figure 00000062
integrates into a matrix digital signal
Figure 00000063
which is remembered;

- из матричного цифрового сигнала

Figure 00000022
формируется сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов
Figure 00000064
;- from matrix digital signal
Figure 00000022
the signal of the spatial correlation matrix of the input signals is formed
Figure 00000064
;

- сигнал корреляционной матрицы

Figure 00000065
преобразуется в сигнал оптимального весового вектора
Figure 00000026
, где
Figure 00000066
- вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема (α, β) рассеянного радиосигнала, частотой fk и геометрией решетки;- signal of the correlation matrix
Figure 00000065
converts to an optimal weight vector signal
Figure 00000026
where
Figure 00000066
- guidance vector determined by the azimuthal elevation direction of reception (α, β) of the scattered radio signal, frequency f k and the geometry of the lattice;

- формируется рассеянный цифровой сигнал

Figure 00000067
где индекс ()H означает операцию эрмитова сопряжения, для выбранного азимутально-угломестного направления приема (α, β).- a scattered digital signal is formed
Figure 00000067
where the index () H means the Hermitian conjugation operation for the selected azimuthal elevation direction of reception (α, β).

Физически описанная операция реализует адаптивную пространственную фильтрацию, обеспечивающую направленный прием рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений, что также обеспечивает дополнительный выигрыш в чувствительности при приеме слабых отраженных сигналов.The physically described operation implements adaptive spatial filtering, which provides directional reception of the scattered signal in a given direction while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions, which also provides an additional gain in sensitivity when receiving weak reflected signals.

Отметим, что технически реализуемая глубина подавления помехи достигает величины 40 дБ [5].Note that the technically feasible noise suppression depth reaches 40 dB [5].

Рассеянные цифровые сигналы

Figure 00000068
совместно с азимутально-угломестным направлением приема (α, β) поступают в устройство 3-2, где запоминаются.Scattered Digital Signals
Figure 00000068
together with the azimuthal elevation direction of reception (α, β) enter the device 3-2, where they are remembered.

Кроме того, в устройстве 3-2 на каждой частоте приема fk выполняются следующие действия:In addition, in the device 3-2, at each receiving frequency f k , the following actions are performed:

- формируется и запоминается комплексный временной спектр

Figure 00000069
комплексного цифрового рассеянного сигнала
Figure 00000070
;- a complex time spectrum is formed and stored
Figure 00000069
integrated digital scattered signal
Figure 00000070
;

- определяется по максимумам модуля

Figure 00000071
спектра
Figure 00000072
число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте fk многолучевом радиосигнале и фиксируется значение частоты ωkp каждого р-го сжатого рассеянного сигнала;- determined by the maxima of the module
Figure 00000071
spectrum
Figure 00000072
the number of compressed reflected signals in a multipath radio signal received from a selected direction at a frequency f k, and a frequency value ω kp of each pth scattered compressed signal is fixed;

- идентифицируются соответствующие отдельному максимуму модуля

Figure 00000073
составляющие спектра
Figure 00000072
как сжатый по спектру рассеянный сигнал
Figure 00000074
;- identified corresponding to a single maximum module
Figure 00000073
spectrum components
Figure 00000072
as a spectrum-scattered signal
Figure 00000074
;

- выделяется каждый сжатый сигнал

Figure 00000075
;- each compressed signal is highlighted
Figure 00000075
;

- вычисляется временная задержка τkpkp/2πν, где ν - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг

Figure 00000037
каждого сжатого сигнала.- the time delay τ kp = ω kp / 2πν is calculated, where ν is the rate of change of the LFM frequency of the radio signal, and the absolute Doppler shift
Figure 00000037
each compressed signal.

Найденные значения задержки τkp и абсолютного доплеровского сдвига Fkp, а также азимутально-угломестное направление (α, β) приема сжатых сигналов поступают в устройство 3-3, где запоминаются.The found values of the delay τ kp and the absolute Doppler shift F kp , as well as the azimuthal elevation direction (α, β) of receiving the compressed signals, are sent to the device 3-3, where they are stored.

Кроме того, в устройстве 3-3 на каждой частоте приема fk выполняется обнаружение и формируются пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки τkp, абсолютного доплеровского сдвига Fkp и азимутально-угломестного направления (α, β) приема сжатых рассеянных сигналов.In addition, in the device 3-3, at each receiving frequency f k , the detection and spatial coordinates of airborne objects are performed by the values of the delay τ kp , the absolute Doppler shift F kp and the azimuthal elevation direction (α, β) of receiving the compressed scattered signals.

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

- сравниваются с порогом значения абсолютного доплеровского сдвига Fkp и угла места β р-го сжатого рассеянного сигнала и при превышении порога принимается решение об обнаружении воздушного объекта в азимутально-угломестном направлении (α, β).- the absolute Doppler shift F kp and the elevation angle β of the rth compressed scattered signal are compared with the threshold and, when the threshold is exceeded, a decision is made to detect an air object in the azimuthal elevation direction (α, β).

Порог выбирается исходя из минимизации вероятности пропуска объекта.The threshold is selected based on minimizing the probability of missing an object.

При определении географических координат обнаруженного объекта в устройстве 3-3 выполняются следующие действия:When determining the geographical coordinates of the detected object in the device 3-3, the following actions are performed:

- по значению абсолютной задержки сигнала τkp определяется кажущаяся дальность до объекта D=τkpс, где с - скорость света;- the absolute distance of the signal τ kp determines the apparent distance to the object D = τ kp s, where c is the speed of light;

- определяются пространственные координаты обнаруженного объекта по кажущейся дальности D и значениям азимута α и угла места β приема отраженных сигналов, например, в соответствии с [6].- the spatial coordinates of the detected object are determined by the apparent range D and the azimuth α and elevation angle β of the reception of reflected signals, for example, in accordance with [6].

При этом для пары «СОП-передатчик» строится эллипсоид равных кажущихся дальностей, соответствующих геометрическому месту точек в пространстве, сумма расстояний до которых (от передатчика до объекта и от объекта до СОП) равна найденному значению кажущейся дальности D. По пересечению эллипсоида равных кажущихся дальностей и значения направления (азимут α и угол места β) приема рассеянных сигналов определяются географические координаты обнаруженного объекта.In this case, an ellipsoid of equal apparent distances corresponding to the geometrical place of points in space is constructed for the “SOP-transmitter” pair, the sum of the distances to which (from the transmitter to the object and from the object to SOP) is equal to the found value of the apparent distance D. At the intersection of the ellipsoid of equal apparent distances and the direction values (azimuth α and elevation angle β) of the scattered signals reception are determined by the geographical coordinates of the detected object.

На фиг.3 приведена схема определения координат воздушного объекта при использовании одного передатчика.Figure 3 shows a diagram for determining the coordinates of an airborne object when using one transmitter.

Результаты обнаружения и пространственной локализации воздушных объектов отображаются для повышения информативности.The results of the detection and spatial localization of airborne objects are displayed to increase information content.

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов благодаря:From the above description it follows that the device that implements the proposed method provides an increase in the detection sensitivity and accuracy of spatial localization of a wide class of air objects due to:

- выбору передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы.- the choice of transmitters emitting chirp radio signals.

ЛЧМ радиосигналы могут иметь большую длительность и, следовательно, большую энергию, что увеличивает предельную чувствительность (дальность действия) обнаружения и пространственной локализации воздушных объектов. Кроме того, сжатие ЛЧМ радиосигналов обеспечивает высокую разрешающую способность по дальности и скорости. Более того, ЛЧМ радиосигнал обеспечивает возможность получения информации о воздушных объектах на любой частоте за счет непрерывности облучающего сигнала по частоте и времени, что исключает пространственно-частотные сектора, в которых возможна потеря чувствительности при обнаружении широкого класса воздушных объектов, и позволяет уменьшить число передатчиков, используемых при обнаружении;LFM radio signals can have a long duration and, therefore, a large energy, which increases the ultimate sensitivity (range) of detection and spatial localization of airborne objects. In addition, LFM compression of radio signals provides high resolution in range and speed. Moreover, the chirp radio signal provides the ability to obtain information about airborne objects at any frequency due to the continuity of the irradiating signal in frequency and time, which eliminates the spatial frequency sectors in which sensitivity may be lost when a wide class of airborne objects are detected, and reduces the number of transmitters, used in detection;

- применению операций радиоэлектронной компенсации некогерентных и когерентных помех, обеспечивающих выигрыш в чувствительности за счет вычитания копий помех из смеси мешающего и полезного сигналов;- the use of electronic compensation of incoherent and coherent interference, providing gain in sensitivity by subtracting copies of the interference from a mixture of interfering and useful signals;

- применению операций адаптивной пространственной фильтрации, обеспечивающих направленный прием полезного рассеянного сигнала в заданном направлении с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений, что также обеспечивает дополнительный выигрыш в чувствительности.- the use of adaptive spatial filtering operations that provide directional reception of a useful scattered signal in a given direction while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions, which also provides an additional gain in sensitivity.

Это в совокупности повышает качество обнаружения и точность измерения пространственных координат воздушных объектов.This together increases the quality of detection and the accuracy of measuring the spatial coordinates of airborne objects.

Предложенный способ может быть отнесен к классу способов, реализующих основанную на естественной "радиоподсветке" воздушных целей технологию пассивного обнаружения и слежения за воздушными объектами без увеличения размеров приемных антенн, излучаемой мощности и числа используемых передатчиков.The proposed method can be attributed to the class of methods that implement the technology of passive detection and tracking of air objects based on the natural "radio illumination" of air targets without increasing the size of the receiving antennas, radiated power and the number of transmitters used.

Таким образом, за счет выбора передатчиков, излучающих ЛЧМ радиосигналы, применения операций радиоэлектронной компенсации помех от множества мешающих передатчиков и от мощного многолучевого прямого ЛЧМ радиосигнала выбранного передатчика подсвета, а также операций адаптивной пространственной фильтрации достигается повышение чувствительности обнаружения и точности пространственной локализации широкого класса воздушных объектов в условиях многолучевого распространения радиоволн.Thus, due to the choice of transmitters emitting chirp radio signals, the use of electronic compensation of interference from many interfering transmitters and from the powerful multipath direct chirp radio signal of the selected backlight transmitter, as well as adaptive spatial filtering, an increase in the detection sensitivity and accuracy of spatial localization of a wide class of airborne objects is achieved in the conditions of multipath propagation of radio waves.

Источники информации:Information sources:

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

2. US, патент, 7012552 В2, кл. G08В 21/00, 2006 г.2. US patent 7012552 B2, class. G08B 21/00, 2006

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

4. RU, патент, 2302646, кл. G01S 5/04, 2007 г.4. RU, patent, 2302646, cl. G01S 5/04, 2007

5. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь, 2003 г.5. Ratynsky M.V. Adaptation and superresolution in antenna arrays. M .: Radio and communications, 2003.

6. US, патент, 5719584 В2, кл. G01S 003/02, 1998 г.6. US Patent, 5,719,584 B2, class. G01S 003/02, 1998

Claims (1)

Способ радиоконтроля воздушных объектов, заключающийся в том, что используют прямые и рассеянные воздушными объектами радиосигналы, излучаемые передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения, отличающийся тем, что выбирают передатчик, излучающий непрерывный линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) радиосигнал с расширенным спектром, периодически несинхронно и синхронно с облучающим сигналом принимают на множестве частот поиска многолучевые радиосигналы, принятые отдельной антенной решетки на частоте fk дискретной сетки частот приема многолучевые радиосигналы преобразуют в несинхронно
Figure 00000076
и синхронно
Figure 00000077
принятые комплексные цифровые сигналы, где
Figure 00000078
- номер антенны, a z - номер временного отсчета сигнала, которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал
Figure 00000079
, несинхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют несинхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы
Figure 00000080
в модифицированные несинхронно принятые сигналы
Figure 00000081
которые запоминают, формируют комплексный опорный сигнал
Figure 00000082
, синхронизированный с облучающим радиосигналом, преобразуют синхронно принятые отдельными антеннами решетки комплексные цифровые сигналы
Figure 00000083
в модифицированные синхронно принятые сигналы
Figure 00000084
которые запоминают, формируют комплексные коэффициенты корреляции
Figure 00000085
между модифицированными несинхронно
Figure 00000086
и синхронно
Figure 00000087
принятыми сигналами, сравнивают модуль каждого комплексного коэффициента корреляции
Figure 00000088
с порогом, при превышении порога вычисляют разностный цифровой сигнал отдельной антенны
Figure 00000089
, разностные цифровые сигналы
Figure 00000090
запоминают, формируют и запоминают временной спектр
Figure 00000091
каждого разностного цифрового сигнала
Figure 00000092
определяют значения максимумов модуля
Figure 00000093
каждого временного спектра
Figure 00000094
и сравнивают их с порогом, при превышении порога фиксируют номер m превысившего порог максимума и находят значение амплитуды, частоты и фазы соответствующей максимуму составляющей временного спектра
Figure 00000094
, а также фиксируют число М превысивших порог максимумов, генерируют М гармонических сигналов
Figure 00000095
с соответствующими найденным значениями амплитуды, частоты и фазы, вычисляют модифицированный разностный сигнал каждой антенны
Figure 00000096
, объединяют ансамбль модифицированных разностных цифровых сигналов
Figure 00000097
в матричный цифровой сигнал
Figure 00000098
, который запоминают, из матричного цифрового сигнала
Figure 00000099
формируют сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов
Figure 00000100
, сигнал корреляционной матрицы
Figure 00000101
преобразуют в сигнал оптимального весового вектора
Figure 00000102
, где
Figure 00000103
- вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема рассеянного радиосигнала, частотой fk и геометрией решетки, формируют комплексный цифровой рассеянный сигнал
Figure 00000104
для выбранного азимутально-угломестного направления приема, формируют и запоминают комплексный временной спектр
Figure 00000105
комплексного цифрового рассеянного сигнала
Figure 00000106
, определяют по максимумам модуля
Figure 00000107
спектра
Figure 00000108
число сжатых отраженных сигналов в принятом с выбранного направления на частоте fk многолучевом радиосигнале и фиксируют значение частоты ωkp каждого p-го сжатого рассеянного сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму модуля
Figure 00000109
составляющие спектра
Figure 00000110
как сжатый по спектру рассеянный сигнал
Figure 00000111
, выделяют каждый сжатый сигнал
Figure 00000112
, вычисляют временную задержку τkpkp/2πν, где ν - скорость изменения частоты ЛЧМ радиосигнала, и абсолютный доплеровский сдвиг
Figure 00000113
- каждого сжатого сигнала, выполняют обнаружение и формируют пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема сжатых рассеянных сигналов.
The method of radio monitoring of airborne objects, which consists in the use of direct and scattered by airborne radio signals emitted by transmitters of electronic systems for various purposes, characterized in that they select a transmitter emitting a continuous linear frequency-modulated (LFM) radio signal with an extended spectrum, periodically asynchronously and synchronously with the irradiating signal, multibeam radio signals received by a separate antenna array at a frequency f k of a discrete grid h are received at a plurality of search frequencies The frequency of reception of multipath radio signals is converted to non-synchronous
Figure 00000076
and synchronously
Figure 00000077
received complex digital signals, where
Figure 00000078
- antenna number, az - time reference number of the signal that remember, form a complex reference signal
Figure 00000079
, unsynchronized with the irradiating radio signal, convert complex digital signals unsynchronously received by individual lattice antennas
Figure 00000080
into modified unsynchronously received signals
Figure 00000081
which remember, form a complex reference signal
Figure 00000082
synchronized with the irradiating radio signal, complex digital signals synchronously received by individual antenna arrays are converted
Figure 00000083
into modified synchronously received signals
Figure 00000084
which remember form complex correlation coefficients
Figure 00000085
between modified asynchronously
Figure 00000086
and synchronously
Figure 00000087
received signals, compare the module of each complex correlation coefficient
Figure 00000088
with a threshold, when the threshold is exceeded, a differential digital signal of an individual antenna is calculated
Figure 00000089
differential digital signals
Figure 00000090
remember, form and remember the time spectrum
Figure 00000091
each differential digital signal
Figure 00000092
determine the values of the maxima of the module
Figure 00000093
each time spectrum
Figure 00000094
and compare them with the threshold, when the threshold is exceeded, fix the number m of the maximum that has exceeded the threshold and find the amplitude, frequency and phase corresponding to the maximum component of the time spectrum
Figure 00000094
, and also fix the number of M exceeded the maximum threshold, generate M harmonic signals
Figure 00000095
with the corresponding found values of the amplitude, frequency and phase, calculate the modified difference signal of each antenna
Figure 00000096
, combine an ensemble of modified differential digital signals
Figure 00000097
into a matrix digital signal
Figure 00000098
stored from a matrix digital signal
Figure 00000099
form the signal of the spatial correlation matrix of input signals
Figure 00000100
signal of the correlation matrix
Figure 00000101
convert to an optimal weight vector signal
Figure 00000102
where
Figure 00000103
- the guidance vector, determined by the azimuthal elevation direction of reception of the scattered radio signal, frequency f k and the geometry of the lattice, form a complex digital scattered signal
Figure 00000104
for the selected azimuthal elevation direction of reception, form and store a complex time spectrum
Figure 00000105
integrated digital scattered signal
Figure 00000106
, determined by the maxima of the module
Figure 00000107
spectrum
Figure 00000108
the number of compressed reflected signals in the multipath radio signal received from the selected direction at a frequency f k and the frequency ω kp of each p-th scattered compressed signal is fixed, the corresponding module maximum is identified
Figure 00000109
spectrum components
Figure 00000110
as a spectrum-scattered signal
Figure 00000111
emit every compressed signal
Figure 00000112
, calculate the time delay τ kp = ω kp / 2πν, where ν is the rate of change of the frequency of the LFM radio signal, and the absolute Doppler shift
Figure 00000113
- each compressed signal, the detection is performed and the spatial coordinates of the air objects are formed from the values of delay, absolute Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception of the compressed scattered signals.
RU2010131958/07A 2010-07-29 2010-07-29 Radio monitoring method of air objects RU2444753C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131958/07A RU2444753C1 (en) 2010-07-29 2010-07-29 Radio monitoring method of air objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131958/07A RU2444753C1 (en) 2010-07-29 2010-07-29 Radio monitoring method of air objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2444753C1 true RU2444753C1 (en) 2012-03-10

Family

ID=46029151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010131958/07A RU2444753C1 (en) 2010-07-29 2010-07-29 Radio monitoring method of air objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444753C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498342C1 (en) * 2012-04-26 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Method of intercepting aerial targets with aircraft
RU2568677C1 (en) * 2014-05-19 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of identifying aerial objects
RU2601872C2 (en) * 2014-12-17 2016-11-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of identifying aerial objects
RU2765272C1 (en) * 2021-02-04 2022-01-27 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Subband method for radar detection of miniature unmanned aerial vehicles

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158002C1 (en) * 1999-04-06 2000-10-20 Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" Method for radio monitoring
US7012552B2 (en) * 2000-10-20 2006-03-14 Lockheed Martin Corporation Civil aviation passive coherent location system and method
RU2291464C2 (en) * 2005-01-11 2007-01-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization
RU63941U1 (en) * 2007-01-09 2007-06-10 Открытое акционерное общество "Ульяновский механический завод" PASSIVE RADAR STATION
WO2009115818A2 (en) * 2008-03-18 2009-09-24 Manchester Metropolitan University Remote detection and measurement of objects
WO2010040959A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Bubendorff Device for detecting the presence of an object or of a living being
RU2390946C2 (en) * 2008-04-21 2010-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband station of radio engineering survey with high sensitivity

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158002C1 (en) * 1999-04-06 2000-10-20 Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" Method for radio monitoring
US7012552B2 (en) * 2000-10-20 2006-03-14 Lockheed Martin Corporation Civil aviation passive coherent location system and method
RU2291464C2 (en) * 2005-01-11 2007-01-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization
RU63941U1 (en) * 2007-01-09 2007-06-10 Открытое акционерное общество "Ульяновский механический завод" PASSIVE RADAR STATION
WO2009115818A2 (en) * 2008-03-18 2009-09-24 Manchester Metropolitan University Remote detection and measurement of objects
RU2390946C2 (en) * 2008-04-21 2010-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband station of radio engineering survey with high sensitivity
WO2010040959A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Bubendorff Device for detecting the presence of an object or of a living being

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498342C1 (en) * 2012-04-26 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Method of intercepting aerial targets with aircraft
RU2568677C1 (en) * 2014-05-19 2015-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of identifying aerial objects
RU2601872C2 (en) * 2014-12-17 2016-11-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of identifying aerial objects
RU2765272C1 (en) * 2021-02-04 2022-01-27 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Subband method for radar detection of miniature unmanned aerial vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2440588C1 (en) Passive radio monitoring method of air objects
RU2444755C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444754C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
CN108398677B (en) Three-coordinate continuous wave one-dimensional phase scanning unmanned aerial vehicle low-altitude target detection system
KR20190006561A (en) Low-flying Unmanned Aerial Vehicle and Object Tracking Radar System
RU2410712C1 (en) Method of detecting aerial objects
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
RU2444753C1 (en) Radio monitoring method of air objects
RU2402034C1 (en) Radar technique for determining angular position of target and device for realising said method
RU2524399C1 (en) Method of detecting small-size mobile objects
RU2529483C1 (en) Method for stealth radar location of mobile objects
RU2546329C1 (en) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2444756C1 (en) Detection and localisation method of air objects
CN113805169A (en) Space target low-power-consumption small satellite radar searching and tracking method
Plšek et al. FM based passive coherent radar: From detections to tracks
CN109959900A (en) Light weight radar system
RU2608551C1 (en) Pulse-doppler airborne radar station operating method during detecting of aerial target, radio reconnaissance station carrier
RU2472176C1 (en) Method for passive detection of air objects
RU2578168C1 (en) Global terrestrial-space detection system for air and space objects
RU2528391C1 (en) Method of searching for low-signature mobile objects
RU2723432C2 (en) Method of remote monitoring of radio silent objects
RU2527923C2 (en) Method of creating spatial navigation field with distributed navigation signal sources
RU2557250C1 (en) Method for stealth radar detection of mobile objects
Fabrizio High frequency over-the-horizon radar

Legal Events

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

Effective date: 20200730