RU2471200C1 - Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects - Google Patents
Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2471200C1 RU2471200C1 RU2011126418/07A RU2011126418A RU2471200C1 RU 2471200 C1 RU2471200 C1 RU 2471200C1 RU 2011126418/07 A RU2011126418/07 A RU 2011126418/07A RU 2011126418 A RU2011126418 A RU 2011126418A RU 2471200 C1 RU2471200 C1 RU 2471200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- complex
- signal
- signals
- digital signal
- direct
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.The invention relates to radio engineering and can be used in monitoring systems of ground and air space using direct and scattered objects of radio signals emitted by many uncontrolled and controlled transmitters of electronic systems for various purposes.
Достижение высокой эффективности обнаружения, локализации и идентификации наземных и 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 подвижными объектами.Achieving high detection efficiency, localization and identification of ground and air 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 moving objects.
Технология пассивного обнаружения и слежения за подвижными объектами, использующая естественный радиоподсвет 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.The technology of passive detection and tracking of moving objects, using natural radio illumination of targets, created at a variety of frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes in the ranges of short, meter, decimeter and centimeter waves: broadcast (commercial FM broadcasting, high-definition television), information (communication) and measuring (control, navigation), has not yet received sufficient distribution, despite the fact that it can significantly increase the stealth and effectiveness of detection, spatial localization and identification of a wide class of moving objects.
Принятый радиосигнал, как правило, включает мощные прямые радиосигналы и рассеянные от земной инфраструктуры компоненты сигнала выбранного передатчика радиоподсвета целей. Кроме того, он содержит задержанные по времени и сдвинутые на частоту доплеровского смещения рассеянные объектами сигналы, а также сигналы других неконтролируемых источников, работающих на частоте, совпадающей с частотой приема. Для эффективного обнаружения и точной пространственной локализации широкого класса объектов (автомобили, корабли, самолеты и беспилотные летательные аппараты, вертолеты, ракеты, спускаемые аппараты) необходимо качественное выделение слабых рассеянных от объектов радиосигналов на фоне мощного прямого сигнала выбранного передатчика радиоподсвета, а также на фоне сигналов других нежелательных источников. В наиболее типичных ситуациях уровень помех на 40-60 дБ превышает уровень рассеянных сигналов.The received radio signal, as a rule, includes powerful direct radio signals and the signal components of the selected target radio illumination transmitter scattered from the earth's infrastructure. In addition, it contains time-delayed and shifted by the frequency of the Doppler shift signals scattered by objects, as well as signals of other uncontrolled sources operating at a frequency that matches the frequency of reception. For effective detection and accurate spatial localization of a wide class of objects (cars, ships, planes and unmanned aerial vehicles, helicopters, rockets, descent vehicles), high-quality selection of weak radio signals scattered from objects against the background of a powerful direct signal of the selected radio backlight 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 scattered signals.
Известен способ пассивного обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов [1], заключающийся в том, что когерентно принимают радиосигналы двумя пространственно разнесенными приемными каналами, синхронно преобразуют принятые радиосигналы в комплексные цифровые сигналы, запоминают цифровые сигналы, из цифровых сигналов пары каналов для каждого ожидаемого направления прихода принятых радиосигналов формируют комплексную двухмерную взаимную корреляционную функцию, зависящую от временного и от частотного сдвигов принимаемых сигналов, выделяют центральную часть каждой комплексной взаимно корреляционной функции, преобразуют каждую выделенную центральную часть комплексной взаимно корреляционной функции в комплексную функцию взаимной спектральной плотности (ФВСП), из комплексных ФВСП формируют рассеянные объектами радиосигналы, по которым выполняют обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектов.A known method of passive detection and spatial localization of moving objects [1], which consists in the fact that coherently receive radio signals by two spatially separated receiving channels, synchronously convert the received radio signals into complex digital signals, store digital signals from digital signals of a pair of channels for each expected direction of arrival the received radio signals form a complex two-dimensional cross-correlation function, depending on the time and frequency shifts of the received proxy signaling, isolated central portion of each complex cross-correlation function, convert each selected central part of the complex cross-correlation function of the complex cross spectral density function (FVSP) of complex form FVSP objects scattered signals, which operate the detection and spatial localization of moving objects.
Данный способ обладает ограниченной чувствительностью обнаружения и точностью пространственной локализации подвижных объектов в силу наличия только двух когерентных каналов приема.This method has limited detection sensitivity and accuracy of spatial localization of moving objects due to the presence of only two coherent reception channels.
Более эффективным является способ пассивного обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов [2], свободный от этого недостатка и выбранный в качестве прототипа.More effective is the method of passive detection and spatial localization of moving objects [2], free from this drawback and selected as a prototype.
Согласно этому способу когерентно принимают пространственно разнесенными приемными каналами многолучевые радиосигналы, включающие излучаемый передатчиком подсвета прямой радиосигнал с расширенным спектром и рассеянные от объектов радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в комплексные цифровые сигналы, синхронно регистрируют комплексные цифровые сигналы, из цифровых сигналов пар каналов формируют комплексные двумерные взаимно корреляционные функции (ДВКФ), зависящие как от временного, так и от частотного сдвигов принятых сигналов, сдвигают по времени комплексную ДВКФ каждой пары каналов на величину, соответствующую каждому ожидаемому направлению m прихода принятых прямого и отраженных от объектов радиосигналов, для каждого ожидаемого направления прихода m выделяют центральные двухмерные части сдвинутых ДВКФ, усредняют выделенные для m-го направления прихода центральные двухмерные части сдвинутых комплексных ДВКФ, преобразуют усредненную ДВКФ в комплексный цифровой сигнал m-го направления, формируют зависящую от временного и частотного сдвигов результирующую комплексную ДВКФ между прямым цифровым сигналом передатчика и цифровым сигналом m-го направления, определяют по максимумам модуля результирующей ДКФВ число сжатых сигналов m-го направления и фиксируют значения задержки по времени и абсолютного доплеровского сдвига каждого сжатого сигнала, идентифицируют соответствующие отдельному максимуму модуля результирующей ДКФВ составляющие комплексной ДКФВ как сжатый по времени и частоте сигнал m-го направления, запоминают значения задержки по времени, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестное направление прихода каждого сжатого сигнала, обнаруживают и определяют пространственные координаты воздушных объектов по значениям задержки и абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления прихода.According to this method, multipath radio signals coherently receive by spatially separated receiving channels, including a spread spectrum direct radio signal emitted from the backlight transmitter and radio signals of this transmitter scattered from objects, synchronously transform the ensemble of received radio signals into complex digital signals, synchronously register complex digital signals from digital signals of channel pairs form complex two-dimensional cross-correlation functions (DCF), which depend on both the time and and from the frequency shifts of the received signals, the complex DCFG of each channel pair is shifted in time by a value corresponding to each expected direction of arrival m of received direct and reflected radio signals from the objects, for each expected direction of arrival of m, the central two-dimensional parts of the shifted DCFFs are selected, and the averages selected for of the mth direction of arrival, the central two-dimensional parts of the shifted complex DKVFs, convert the averaged DKKF into a complex digital signal of the mth direction, form depending on of the belt and frequency shifts, the resulting complex DKVF between the direct digital signal of the transmitter and the digital signal of the mth direction, is determined by the maxima of the module of the resulting DKFV, the number of compressed signals of the mth direction and the time delay and absolute Doppler shift of each compressed signal are fixed, identify the corresponding individual the maximum module of the resulting DKFV components of the integrated DKFV as a time-frequency compressed signal of the m-th direction, the delay values by time are stored At the same time, the absolute Doppler shift and the azimuth-elevation direction of arrival of each compressed signal are detected and spatial coordinates of air objects are detected and determined by the values of delay and absolute Doppler shift and azimuth-elevation direction of arrival.
Наиболее существенным фактором, ограничивающим эффективность способа-прототипа, является отсутствие операций, подавления прямого радиосигнала передатчика подсвета, как правило, на 40-60 дБ превышающего уровень рассеянных объектами радиосигналов.The most significant factor limiting the effectiveness of the prototype method is the lack of operations, suppression of the direct radio signal of the backlight transmitter, usually 40-60 dB higher than the level of radio signals scattered by objects.
В связи с этим основной недостаток способа-прототипа (низкая чувствительность обнаружения и ограниченная точность пространственной локализации объектов) может быть устранен применением операций обработки принимаемых радиосигналов, ослабляющих мешающее воздействие мощного прямого радиосигнала передатчика подсвета, являющегося когерентной помехой при приеме слабых рассеянных объектами радиосигналов.In this regard, the main disadvantage of the prototype method (low detection sensitivity and limited accuracy of spatial localization of objects) can be eliminated by using the processing operations of the received radio signals that weaken the interfering effect of the powerful direct radio signal of the backlight transmitter, which is a coherent interference in the reception of weak scattered radio objects.
Техническим результатом изобретения является повышение дальности обнаружения и точности пространственной локализации объектов.The technical result of the invention is to increase the detection range and accuracy of spatial localization of objects.
Повышение дальности обнаружения и точности пространственной локализации объектов достигается за счет введения новых операций обработки принимаемых радиосигналов, обеспечивающих снижение мешающего воздействия мощного прямого радиосигнала передатчика подсвета путем его сжатия и последующей двумерной режекции в частотно-временной области.An increase in the detection range and the accuracy of spatial localization of objects is achieved by introducing new processing operations for the received radio signals, which reduce the interfering effect of the powerful direct radio signal of the backlight transmitter by compressing it and subsequent two-dimensional notch in the time-frequency domain.
Технический результат достигается тем, что в способе пассивного обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов, заключающемся в том, что когерентно принимают пространственно разнесенными приемными каналами многолучевые радиосигналы, включающие излучаемый передатчиком подсвета прямой радиосигнал с расширенным спектром и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика, синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов в комплексные цифровые сигналы, синхронно регистрируют комплексные цифровые сигналы, из цифровых сигналов пар каналов формируют комплексные двумерные взаимно корреляционные функции (ДВКФ), зависящие как от временного, так и от частотного сдвигов принятых сигналов, сдвигают по времени комплексную ДВКФ каждой пары каналов на величину, соответствующую каждому ожидаемому направлению m прихода принятых прямого и рассеянных от объектов радиосигналов, выделяют центральные двухмерные части сдвинутых ДВКФ, усредняют выделенные для m-го направления прихода центральные двухмерные части сдвинутых комплексных ДВКФ, согласно изобретению преобразуют усредненную ДВКФ в комплексный цифровой сигнал m-го направления, который запоминают, идентифицируют сформированный для совпадающего с направлением на передатчик подсвета комплексный цифровой сигнал как прямой комплексный цифровой сигнал, для каждого m-го направления формируют зависящую от временного и частотного сдвигов результирующую комплексную ДВКФ между прямым цифровым сигналом передатчика и цифровым сигналом m-го направления, исключают центральную часть комплексной ДВКФ и получают сигнал модифицированной комплексной ДВКФ, из сигнала модифицированной комплексной ДВКФ и прямого комплексного цифрового сигнала формируют модифицированный рассеянный комплексный цифровой сигнал, формируют зависящий от временного и частотного сдвигов результирующий сигнал комплексной ДВКФ между модифицированным рассеянным комплексным цифровым сигналом и прямым комплексным цифровым сигналом, определяют по максимумам модуля результирующего сигнала комплексной ДВКФ число сжатых рассеянных сигналов m-го направления и фиксируют значения задержки по времени, абсолютного доплеровского сдвига и азимутально-угломестное направление прихода каждого сжатого рассеянного сигнала, по которым выполняют обнаружение и определение пространственных координат воздушных объектов.The technical result is achieved by the fact that in the method of passive detection and spatial localization of moving objects, which consists in the fact that multi-beam radio signals including a spread spectrum direct signal emitted by the illumination transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by the transmitter are coherently received by spatially separated reception channels, synchronously transform the ensemble of received radio signals into complex digital signals, synchronously register complex digital signals from The digital signals of the channel pairs form complex two-dimensional cross-correlation functions (DKVF), which depend on both the time and frequency shifts of the received signals, shift in time the complex DKKF of each channel pair by an amount corresponding to each expected direction m of arrival of received direct and scattered from objects of radio signals, allocate the central two-dimensional parts of the shifted DCFFs, average the central two-dimensional parts of the shifted complex DCFFs allocated for the m-th direction of arrival, according to the invention Averaged DCFV is converted into a complex digital signal of the mth direction, which is stored, identified for the integrated digital signal generated for the direction of the backlight transmitter and integrated as a direct complex digital signal, and for each mth direction, the resulting complex DVKF depending on time and frequency shifts between the direct digital signal of the transmitter and the digital signal of the m-th direction, the central part of the complex DCF is excluded and a signal of a modified comp Exact DCF, from the signal of the modified complex DCF and the direct complex digital signal, a modified diffuse complex digital signal is formed, a resultant complex DCF signal between the modified diffuse complex digital signal and the direct complex digital signal is dependent on the time and frequency shifts, and it is determined from the maxima of the module of the resulting signal of the complex DVKF the number of compressed scattered signals of the m-th direction and fix the delay values in time, abs Lute Doppler shift and azimuth-elevation direction of arrival of each compressed scattered signal, which operates the detection and determination of the spatial coordinates of air objects.
Операции способа поясняются чертежом.The operation of the method is illustrated in the drawing.
Способ пассивного обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов осуществляется следующим образом:The method of passive detection and spatial localization of moving objects is as follows:
1) Когерентно принимают пространственно разнесенными приемными каналами многолучевые радиосигналы, включающие излучаемый передатчиком подсвета прямой радиосигнал с расширенным спектром и рассеянные объектами радиосигналы этого передатчика.1) Multi-beam radio signals are coherently received by spatially separated receiving channels, including a direct spread radio signal emitted by the backlight transmitter and the radio signals of this transmitter scattered by objects.
В результате формируется ансамбль радиосигналов xn(t), зависящих от времени t, где n=1, …, N - номер антенны приемного канала.As a result, an ensemble of radio signals x n (t) is formed, depending on time t, where n = 1, ..., N is the number of the antenna of the receiving channel.
2) Синхронно преобразуют ансамбль принятых радиосигналов xn(t) в комплексные цифровые сигналы , где z - номер временного отсчета сигнала.2) Synchronously transform the ensemble of received radio signals x n (t) into complex digital signals where z is the time reference number of the signal.
3) Синхронно регистрируют комплексные цифровые сигналы .3) Synchronously register complex digital signals .
4) Из цифровых сигналов пар каналов формируют комплексные двумерные взаимно корреляционные функции (ДВКФ) , зависящие как от временного τ, так и от частотного F сдвигов принятых сигналов.4) Complex two-dimensional cross-correlation functions (DCF) are formed from digital signals of channel pairs depending on both the time τ and the frequency F of the shifts of the received signals.
При этом в силу того, что, например, не несет дополнительной информации по сравнению с , формирование выполняют только для пар каналов, номера которых удовлетворяют условию n<n', n=1, …, N, n'=1, …, N. Так, если n=1, то n'=2, 3, …, а если n=2, то n'=3, 4, … и т.д.Moreover, due to the fact that, for example, does not carry additional information compared to , the formation is performed only for pairs of channels whose numbers satisfy the condition n <n ', n = 1, ..., N, n' = 1, ..., N. So, if n = 1, then n '= 2, 3, ... , and if n = 2, then n '= 3, 4, ..., etc.
Формирование комплексных ДВКФ выполняют во временной или в частотной областях известными способами [3, стр.95].The formation of complex DCF is performed in the time or in the frequency domain by known methods [3, p. 95].
В первом случае формирование комплексных ДВКФ выполняют по следующей формуле:In the first case, the formation of complex DCF is performed according to the following formula:
n<n',n <n ',
где означает комплексное сопряжение.Where means complex pairing.
Во втором случае из сигналов получают комплексные временные спектры , где Fz{…} - оператор дискретного преобразования Фурье (ДПФ) по времени, как известно, эффективно вычисляемого на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье, k=0, …, K-1 - номер частотного отсчета, а формирование комплексных ДВКФ выполняют по следующей формуле:In the second case, from the signals receive complex time spectra , where F z {...} is the discrete Fourier transform (DFT) operator in time, which is known to be effectively calculated on the basis of the fast Fourier transform algorithm, k = 0, ..., K-1 is the number of the frequency reference, and the formation of complex DCFGs is performed by following formula:
n<n', n <n ',
где ωk - частота, соответствующая k-му частотному отсчету.where ω k is the frequency corresponding to the k-th frequency sample.
В результате выполнения данной операции получают N(N-1)/2 комплексных ДВКФ.As a result of this operation, N (N-1) / 2 complex DVKF are obtained.
5) Сдвигают по времени комплексную ДВКФ каждой пары каналов на величину , соответствующую каждому ожидаемому направлению m=1, …, M прихода принятых прямого и рассеянных от объектов радиосигналов.5) Time-shifted complex DCF of each channel pair by the amount corresponding to each expected direction m = 1, ..., M of arrival of received direct and scattered radio signals from objects.
Сдвиг выполняют по следующим формулам:The shift is performed according to the following formulas:
, ,
, ,
, где - оператор обратного ДПФ. where is the inverse DFT operator.
Значения временных сдвигов, соответствующие каждому ожидаемому направлению прихода сигналов, например, для кольцевой антенной решетки вычисляют по следующей формуле:The values of time shifts corresponding to each expected direction of arrival of signals, for example, for an annular antenna array, are calculated by the following formula:
где R - радиус решетки, c - скорость света, h=0…H-1 - текущий номер узла сетки наведения решетки по углу места.where R is the radius of the lattice, c is the speed of light, h = 0 ... H-1 is the current number of the grid node pointing the lattice in elevation.
В результате выполнения описанных операций получают MN(N-1)/2 сдвинутых комплексных ДВКФ As a result of the performance of the described operations, MN (N-1) / 2 shifted complex DVKFs are obtained
6) Для каждого ожидаемого направления прихода m выполняют следующие действия:6) For each expected direction of arrival m perform the following actions:
- выделяют центральные двухмерные части сдвинутых ДВКФ- highlight the central two-dimensional parts shifted DCF
Параметры Δ и Θ выбирают исходя из необходимости подавления шумов и определяющих уровень взаимных помех побочных пиков ДВКФ.The parameters Δ and Θ are selected based on the need to suppress noise and determine the level of mutual interference of the side peaks of the DCF.
Данную операцию можно рассматривать как операцию применения двухмерного окна, имеющего квадратную или прямоугольную опорную область, к комплексной ДВКФ Применение двухмерного окна к комплексной ДВКФ эквивалентно двухмерной фильтрации комплексного цифрового сигнала, формируемого на последующих этапах. Эту фильтрацию можно также рассматривать как двухмерную фильтрацию комплексного цифрового сигнала в корреляционной области;This operation can be considered as the operation of applying a two-dimensional window having a square or rectangular support region to a complex DCF Application of a two-dimensional window to a complex DCF equivalent to two-dimensional filtering of a complex digital signal generated in the subsequent steps. This filtering can also be considered as two-dimensional filtering of a complex digital signal in the correlation region;
- усредняют выделенные для m-го направления прихода центральные двухмерные части сдвинутых комплексных ДВКФ- average the central two-dimensional parts of the shifted complex DCFFs allocated for the mth direction of arrival
- преобразуют усредненную ДВКФ в комплексный цифровой сигнал m-го направления- convert the average DCF into a complex digital signal of the m-th direction
Комплексный цифровой сигнал m-го направления запоминают.Integrated digital signal of the m-th direction remember.
В результате выполнения описанных операций получают M комплексных цифровых сигналов .As a result of the operations described, M complex digital signals are obtained. .
Отметим, что направление прихода прямого радиосигнала от передатчика подсвета, как правило, априорно известно, так как передатчики подсвета выбирают заранее исходя из следующих критериев: известное пространственное размещение, тип, частота и мощность излучаемого радиосигнала; отсутствие взаимных интерференционных помех на рабочей частоте передатчика.Note that the direction of arrival of the direct radio signal from the backlight transmitter is generally a priori known, since the backlight transmitters are selected in advance based on the following criteria: known spatial location, type, frequency and power of the emitted radio signal; lack of mutual interference interference at the operating frequency of the transmitter.
При необходимости направление прихода прямого радиосигнала может быть уточнено сравнением модулей цифровых сигналов, полученных для направлений, смежных с априорно известным направлением m', например, Это может потребоваться в условиях многолучевого распространения радиоволн. Например, при использовании в качестве источника подсвета радиопередатчика KB диапазона, удаленного на расстояние 300-1000 км. На таких расстояниях радиосигнал передатчика распространяется ионосферной волной, направление прихода которой может отличаться от ожидаемого.If necessary, the direction of arrival of the direct radio signal can be clarified by comparing the digital signal modules obtained for directions adjacent to the a priori known direction m ', for example, This may be required in multipath environments. For example, when using the KB range as a source of illumination, the range is remote at a distance of 300-1000 km. At such distances, the radio signal of the transmitter propagates by the ionospheric wave, the direction of arrival of which may differ from the expected one.
Эту операцию можно рассматривать как обобщение традиционно применяемой в одномерном случае операции поиска направления прихода сигнала по максимуму диаграммы направленности антенной решетки.This operation can be considered as a generalization of the operation traditionally used in the one-dimensional case to search for the direction of arrival of the signal from the maximum radiation pattern of the antenna array.
При этом используется однозначная связь номера M=1, …, M комплексных цифровых сигналов с ожидаемым азимутально-угломестным направлением прихода (α, β) принятых прямых и отраженных радиосигналов, которые, в свою очередь, как отмечалось ранее, являются направлениями наведения антенной решетки;In this case, an unambiguous connection of the number M = 1, ..., M of complex digital signals is used with the expected azimuthal elevation direction of arrival (α, β) of the received direct and reflected radio signals, which, in turn, as noted earlier, are the directions of pointing the antenna array;
7) Идентифицируют сформированный для совпадающего с направлением m' на передатчик подсвета комплексный цифровой сигнал как прямой комплексный цифровой сигнал 7) The complex digital signal generated for coinciding with the direction m 'to the backlight transmitter is identified as a direct complex digital signal
8) Для каждого ожидаемого направления прихода m выполняют следующие действия:8) For each expected direction of arrival m perform the following actions:
- формируют зависящую от временного τ и частотного F сдвигов результирующую комплексную ДВКФ между прямым цифровым сигналом передатчика и цифровым сигналом m-го направления.- form the resulting complex DCFD depending on the time τ and frequency F shifts between direct digital transmitter signal and digital signal m-th direction.
Формирование выполняют во временнойThe formation is performed in temporary
или в частотной or in frequency
областях. areas.
Из формулы следует, что физически данная операция эквивалентна свертке спектров сигналов и при фиксированном значении временного сдвига τ. В результате прямой сигнал от передатчика подсвета сжимается по спектру в одну гармоническую составляющую, концентрирующуюся в области нулевого частотного и временного сдвига;From the formula it follows that physically this operation is equivalent to the convolution of signal spectra and at a fixed value of the time shift τ. As a result, the direct signal from the backlight transmitter is compressed over the spectrum into one harmonic component, concentrated in the region of zero frequency and time shift;
- исключают центральную часть комплексной ДВКФ и получают сигнал модифицированной комплексной ДВКФ - exclude the central part of the integrated FEFF and receive the signal of the modified integrated DCF
Параметры Δ и Θ выбирают исходя из необходимости подавления прямого сигнала от передатчика подсвета, являющегося помехой при последующем выделении слабых рассеянных от целей сигналов.The parameters Δ and Θ are selected based on the need to suppress the direct signal from the backlight transmitter, which is an obstacle to the subsequent selection of weak signals scattered from the targets.
Данную операцию можно рассматривать как операцию применения двумерного окна к комплексной ДВКФ . Эту операцию можно также рассматривать как двухмерную режекцию прямого цифрового сигнала передатчика в корреляционной области;This operation can be considered as the operation of applying a two-dimensional window to a complex DCF . This operation can also be considered as a two-dimensional notch of the direct digital signal of the transmitter in the correlation region;
- из сигнала модифицированной комплексной ДВКФ и прямого комплексного цифрового сигнала формируют модифицированный рассеянный комплексный цифровой сигнал - from the signal of the modified integrated DCF and direct complex digital signal form a modified scattered complex digital signal
При формировании модифицированного рассеянного комплексного цифрового сигнала выполняются следующие действия:When generating a modified scattered complex digital signal The following actions are performed:
а) суммируют значения сигнала модифицированной комплексной ДВКФ для получения сигнала ;a) summarize the signal values of the modified integrated DCF to receive a signal ;
б) выполняют обратное ДПФ сигнала и получают сигнал b) perform the inverse of the DFT signal and receive a signal
в) сигнал умножают на комплексно сопряженный прямой цифровой сигнал и получают модифицированный рассеянный комплексный цифровой сигнал c) signal multiplied by the complex conjugate direct digital signal and receive a modified scattered complex digital signal
Возможен другой способ, при котором формирование модифицированного рассеянного комплексного цифрового сигнала осуществляют по формуле Another method is possible in which the formation of a modified scattered complex digital signal carried out by the formula
Этот способ обеспечивает более высокую устойчивость к амплитудным флуктуациям сигналов;This method provides higher resistance to amplitude fluctuations of signals;
Описанные операции являются основополагающими для повышения чувствительности обнаружения и точности измерения параметров рассеянных сигналов;The described operations are fundamental to increasing the detection sensitivity and accuracy of measurement of scattered signal parameters;
- формируют зависящий от временного τ и частотного F сдвигов результирующий сигнал комплексной ДВКФ между модифицированным рассеянным комплексным цифровым сигналом и прямым комплексным цифровым сигналом - form the resulting signal of the integrated DCFF depending on the time τ and frequency F shifts between the modified scattered complex digital signal and direct complex digital signal
- определяют по максимумам модуля результирующего сигнала комплексной ДВКФ число сжатых рассеянных сигналов m-го направления и фиксируют значения задержки по времени τpm, абсолютного доплеровского сдвига Fpm и азимутально-угломестное направление прихода (αpm, βpm) каждого p-го сжатого рассеянного сигнала, по которым выполняют обнаружение и определение пространственных координат воздушных объектов.- determined by the maxima of the module the resulting signal of the integrated DVKF the number of compressed scattered signals of the mth direction and fix the time delay τ pm , the absolute Doppler shift F pm and the azimuthal elevation direction of arrival (α pm , β pm ) of each pth compressed scattered signal, which detect and determine spatial coordinates of air objects.
Устройство, в котором реализуется предложенный способ, включает последовательно соединенные антенную систему 1, N-канальный преобразователь частоты (ПРЧ) 2, N-канальное устройство квадратурной дискретизации 3, вычислитель 4 и устройство отображения 5.A device in which the proposed method is implemented includes a series-connected
В свою очередь вычислитель 4 включает формирователь двумерных взаимных корреляционных функций 4-1, устройство сдвига 4-2, устройство компенсации когерентных помех 4-3, устройство обнаружения и определения пространственных координат 4-4.In turn, the calculator 4 includes a generator of two-dimensional mutual correlation functions 4-1, a shift device 4-2, a device for compensating coherent interference 4-3, a device for detecting and determining spatial coordinates 4-4.
Формирователь двумерных взаимных корреляционных функций 4-1, устройство сдвига 4-2, устройство компенсации когерентных помех 4-3, устройство обнаружения и определения пространственных координат 4-4 могут быть выполнены в одноканальном или многоканальном вариантах. Рассмотрим многоканальный вариант, обеспечивающий максимально возможное быстродействие обнаружения и пространственную локализацию подвижных объектов.The generator of two-dimensional mutual correlation functions 4-1, a shift device 4-2, a device for compensating coherent interference 4-3, a device for detecting and determining spatial coordinates 4-4 can be performed in single-channel or multi-channel versions. Consider a multi-channel option that provides the highest possible detection performance and spatial localization of moving objects.
Антенная система 1 содержит N антенн с номерами n=1…N, объединенных в решетку. Антенная решетка может быть произвольной пространственной конфигурации: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности, конформной.
Полоса пропускания каждого канала многоканального ПРЧ 2 обеспечивает одновременный прием множества сложных сигналов. Кроме того, многоканальные ПРЧ 2 и устройство 3 выполнены с общим гетеродином, который обеспечивает когерентный прием радиосигналов. Для периодической калибровки каналов по внешнему источнику сигнала с целью устранения их амплитудно-фазовой неидентичности ПРЧ 2 обеспечивает подключение одной из антенн, вместо всех антенн решетки. Возможна калибровка по внутреннему источнику сигнала. При этом может быть использован генератор шума, выход которого также может подключаться вместо всех антенн для периодической калибровки каналов. Если разрядность и быстродействие АЦП, входящих в состав устройства 3, достаточны для непосредственного аналого-цифрового преобразования входных сигналов, как, например, при построении изображения в KB диапазоне, то вместо ПРЧ 2 могут использоваться частотно-избирательный полосовой фильтр и усилитель. Другими словами, аналоговая часть устройства, реализующего предлагаемый способ, может быть построена по принципу прямого усиления.The bandwidth of each channel of the
Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.A device that implements the proposed method works as follows.
Многолучевые радиосигналы, включающие излучаемый передатчиком подсвета прямой радиосигнал с расширенным спектром и отраженные от объектов радиосигналы этого передатчика когерентно принимают пространственно разнесенными приемными антеннами решетки 1. Принятый каждой антенной решетки 1 зависящий от времени t суммарный радиосигнал xn(t) в ПРЧ 2 когерентно переносится на более низкую частоту.Multipath radio signals, including a spread spectrum direct signal emitted from the backlight transmitter and reflected from objects, the radio signals of this transmitter are coherently received by spatially separated receiving antennas of the
Сформированный в ПРЧ 2 ансамбль принятых радиосигналов xn(t) синхронно преобразуется в устройстве 3 в ансамбль комплексных цифровых сигналов xn(z). Комплексные цифровые сигналы xn(z) синхронно регистрируются на заданном временном интервале в формирователе ДВКФ 4-1. Кроме того, в формирователе 4-1 из цифровых сигналов пар каналов одновременно формируются комплексных ДВКФ Полученные комплексные ДВКФ поступают в устройство сдвига 4-2.The ensemble of received radio signals x n (t) formed in
В устройстве 4-2 комплексная ДВКФ каждой пары каналов сдвигается по времени на величину соответствующую каждому ожидаемому направлению m=1, …, M прихода принятых прямого и отраженных от объектов радиосигналов.In device 4-2, an integrated DVKF of each channel pair time shifted by corresponding to each expected direction m = 1, ..., M of arrival of received direct and reflected from the objects radio signals.
Полученные сдвинутых комплексных ДВКФ поступают в устройство компенсации когерентных помех 4-3.Received shifted complex DCF enter the coherent interference compensation device 4-3.
В устройстве 4-3 одновременно выделяются центральные части всех сдвинутых функций Для каждого ожидаемого направления прихода m=1, …, M усредняются соответствующие центральные части Полученное для m-го направления среднее значение преобразуется в комплексный цифровой сигнал m-го направления который запоминают.In the device 4-3, the central parts are simultaneously highlighted all shifted functions For each expected direction of arrival m = 1, ..., M, the corresponding central parts are averaged The average value obtained for the mth direction converted to a complex digital signal of the m-th direction which is remembered.
Одновременно полученные M комплексных цифровых сигналов поступают в устройство обнаружения и определения пространственных координат 4-4.Simultaneously received M complex digital signals enter the device for detecting and determining spatial coordinates 4-4.
В устройстве 4-4 идентифицируется сформированный для совпадающего с направлением m' на передатчик подсвета комплексный цифровой сигнал как прямой комплексный цифровой сигнал .The device 4-4 identifies the complex digital signal generated for coinciding with the direction m 'to the backlight transmitter as a direct complex digital signal .
Кроме того, в устройстве 4-4 одновременно формируются (M-1) зависящих от временного m и частотного F сдвигов результирующих комплексных ДВКФ между прямым цифровым сигналом передатчика и цифровым сигналом m-го направления.In addition, in the device 4-4, (M-1) are simultaneously formed depending on the time m and frequency F shifts of the resulting complex DCFVs between direct digital transmitter signal and digital signal m-th direction.
Исключается центральная часть каждой комплексной ДВКФ и получаются сигналы модифицированных комплексных ДВКФ Из сигналов модифицированной комплексной ДВКФ и прямого комплексного цифрового сигнала формируют модифицированные рассеянные комплексные цифровые сигналы The central part of each integrated FEFF is excluded and get the signals of the modified complex DCF From the signals of the modified integrated DCF and direct complex digital signal form modified scattered complex digital signals
Формируются (M-1) зависящих от временного τ и частотного F сдвигов результирующих сигналов комплексной ДВКФ между модифицированными рассеянными комплексными цифровыми сигналами и прямым комплексным цифровым сигналом Formed (M-1) depending on the time τ and frequency F shifts of the resulting signals of the integrated DCF between modified scattered complex digital signals and direct complex digital signal
Определяется по максимумам модуля результирующего сигнала комплексной ДВКФ число сжатых рассеянных сигналов m-го направления и фиксируется значение задержки по времени τpm, абсолютного доплеровского сдвига Fpm и азимутально-угломестного направления прихода (αpm, βpm) каждого p-го сжатого рассеянного сигнала. По значениям задержки по времени τpm, абсолютного доплеровского сдвига Fpm и азимутально-угломестного направления прихода (αpm, βpm) каждого p-го сжатого рассеянного сигнала выполняется обнаружение и определение пространственных координат воздушных объектов.Determined by module maxima the resultant signal of the complex DCIF is the number of compressed scattered signals of the mth direction and the time delay τ pm , the absolute Doppler shift F pm and the azimuthal elevation direction of arrival (α pm , β pm ) of each pth compressed scattered signal are fixed. Using the values of the time delay τ pm , the absolute Doppler shift F pm and the azimuthal elevation direction of arrival (α pm , β pm ) of each pth compressed scattered signal, the spatial coordinates of airborne objects are detected and determined.
При этом выполняются следующие действия:The following actions are performed:
- сравниваются с порогом значения абсолютного доплеровского сдвига Fpm и угломестного направления прихода (βpm) р-го сжатого рассеянного сигнала и при превышении порога принимается решение об обнаружении подвижного объекта в направлении αpm.- the absolute Doppler shift F pm and the elevation direction of arrival (β pm ) of the rth compressed scattered signal are compared with the threshold, and when the threshold is exceeded, a decision is made to detect a moving object in the direction α pm .
Порог выбирается исходя из минимизации вероятности пропуска объекта;The threshold is selected based on minimizing the probability of missing an object;
- по значению абсолютной задержки сигнала τpm определяется кажущаяся дальность до объекта Dpm=τpmc, где c - скорость света;- the absolute distance of the signal τ pm determines the apparent distance to the object D pm = τ pm c, where c is the speed of light;
- определяются пространственные координаты обнаруженного объекта по кажущейся дальности Dpm и значениям направления прихода αpm рассеянных сигналов.- the spatial coordinates of the detected object are determined by the apparent range D pm and the values of the arrival direction α pm of the scattered signals.
При этом для пары «устройство обнаружения - передатчик» строится эллипсоид равных кажущихся дальностей, соответствующих геометрическому месту точек в пространстве, сумма расстояний до которых (от передатчика до объекта и от объекта до устройства обнаружения) равна найденному значению кажущейся дальности Dpm. По пересечению эллипсоида равных кажущихся дальностей и значению азимутально-угломестного направления прихода (αpm, βpm) рассеянных сигналов определяются географические координаты обнаруженного объекта.Moreover, for the pair “detection device - transmitter”, an ellipsoid of equal apparent distances corresponding to the geometrical location of points in space is constructed, the sum of the distances to which (from the transmitter to the object and from the object to the detection device) is equal to the found value of the apparent range D pm . The geographic coordinates of the detected object are determined by the intersection of the ellipsoid of equal apparent distances and the value of the azimuthal elevation direction of arrival (α pm , β pm ) of the scattered signals.
В устройстве 5 отображаются результаты обнаружения и пространственной локализации объектов.The
Таким образом, за счет снижения мешающего воздействия мощного прямого радиосигнала передатчика подсвета путем его сжатия и последующей двумерной режекции в частотно-временной области удается решить поставленную задачу с достижением технического результата.Thus, by reducing the interfering effect of the powerful direct radio signal of the backlight transmitter by compressing it and subsequent two-dimensional rejection in the time-frequency domain, it is possible to solve the problem with achieving a technical result.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1 RU, патент, 2316018, кл. G01S 5/04, 2008 г.1 RU, patent, 2316018, cl.
2 RU, патент, 2319976, кл. G01S 5/04, 2008 г.2 RU, patent, 2319976, cl.
3 Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М: Радио и связь, 1981.3 Shirman Y.D., Manzhos V.N. The theory and technique of processing radar information against the background of interference. - M: Radio and communications, 1981.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011126418/07A RU2471200C1 (en) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011126418/07A RU2471200C1 (en) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2471200C1 true RU2471200C1 (en) | 2012-12-27 |
Family
ID=49257576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011126418/07A RU2471200C1 (en) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2471200C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542330C1 (en) * | 2013-10-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method for passive detection of aerial objects |
RU2719631C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of determining spatial coordinates of a moving object by a passive radio system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6389974B1 (en) * | 2000-04-24 | 2002-05-21 | Raytheon Company | Passive doppler fuze |
RU2183841C1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-06-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" | Method of laser location and laser location device for its implementation |
RU2204849C2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-05-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Seismic correlative object bearing finder |
US6806828B1 (en) * | 2003-09-22 | 2004-10-19 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Passive range and angle measurement system and method |
US7012552B2 (en) * | 2000-10-20 | 2006-03-14 | Lockheed Martin Corporation | Civil aviation passive coherent location system and method |
RU2316018C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-01-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") | Method for detection of composite signals |
RU2319976C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") | Method for search of composite signal transmitters |
-
2011
- 2011-06-27 RU RU2011126418/07A patent/RU2471200C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6389974B1 (en) * | 2000-04-24 | 2002-05-21 | Raytheon Company | Passive doppler fuze |
US7012552B2 (en) * | 2000-10-20 | 2006-03-14 | Lockheed Martin Corporation | Civil aviation passive coherent location system and method |
RU2183841C1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-06-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" | Method of laser location and laser location device for its implementation |
RU2204849C2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-05-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Seismic correlative object bearing finder |
US6806828B1 (en) * | 2003-09-22 | 2004-10-19 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Passive range and angle measurement system and method |
RU2316018C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-01-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") | Method for detection of composite signals |
RU2319976C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Бриг" (ЗАО "НПП "Бриг") | Method for search of composite signal transmitters |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542330C1 (en) * | 2013-10-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method for passive detection of aerial objects |
RU2719631C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of determining spatial coordinates of a moving object by a passive radio system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10539645B2 (en) | Angle of arrival estimation | |
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 | |
US10649080B2 (en) | Passive non-linear synthetic aperture radar and method thereof | |
US9213095B2 (en) | Combined direction finder and radar system, method and computer program product | |
US11131741B2 (en) | Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar | |
RU2546330C1 (en) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects | |
Kłos et al. | On the possibility of using LOFAR radio telescope for passive radiolocation | |
RU2524401C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of mobile objects | |
RU2410712C1 (en) | Method of detecting aerial objects | |
RU2546329C1 (en) | Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects | |
RU2524399C1 (en) | Method of detecting small-size mobile objects | |
RU2529483C1 (en) | Method for stealth radar location of mobile objects | |
RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
RU2471200C1 (en) | Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects | |
RU2713503C1 (en) | Method of angular superresolution in receiving digital antenna arrays | |
RU2528391C1 (en) | Method of searching for low-signature mobile objects | |
RU2444756C1 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
RU2472176C1 (en) | Method for passive detection of air objects | |
RU2471199C1 (en) | Method for passive detection of mobile objects | |
RU2557250C1 (en) | Method for stealth radar detection of mobile objects | |
RU2429501C1 (en) | Detection and direction finding method of air objects | |
RU2510685C2 (en) | Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station | |
RU2534222C1 (en) | Nearly invisible moving objects detection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200628 |