RU2516688C1 - Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions - Google Patents

Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2516688C1
RU2516688C1 RU2012148349/07A RU2012148349A RU2516688C1 RU 2516688 C1 RU2516688 C1 RU 2516688C1 RU 2012148349/07 A RU2012148349/07 A RU 2012148349/07A RU 2012148349 A RU2012148349 A RU 2012148349A RU 2516688 C1 RU2516688 C1 RU 2516688C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rays
channel
signals
ionospheric
elevation
Prior art date
Application number
RU2012148349/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012148349A (en
Inventor
Валерий Анатольевич Пахотин
Ксения Валерьевна Власова
Владимир Александрович Бессонов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority to RU2012148349/07A priority Critical patent/RU2516688C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516688C1 publication Critical patent/RU2516688C1/en
Publication of RU2012148349A publication Critical patent/RU2012148349A/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: circular antenna system, multichannel receiver, multichannel analogue-to-digital converter (ADC) and temporary Fourier transform are used to generate a space-time array of complex data En,k, displaying field strength values at n points in space (n is the number of the dipole) and at k moments in time with measurement intervals of 1-2 s. A correlation matrix is formed, whose dimension is equal to the number of beams, elements of which are averaged across space. Azimuth and elevation angle estimates are given and beam parameters are estimated based on the maxima of a likelihood composite function in the two-dimensional space of azimuths and elevation angles.
EFFECT: faster and more accurate determination of angular parameters of a multi-beam ionospheric signal.
7 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к области пеленгации, и может быть использовано для пеленгации (измерение азимутов) и измерения углов места ионосферных сигналов в условиях приема нескольких интерферирующих лучей в широком частотном диапазоне. При приеме ионосферных сигналов в точку приема, как правило, приходят несколько лучей (1÷4 и более), отраженных от разных слоев ионосферы, с азимутами, находящимися в области главного лепестка диаграммы направленности (~ 5÷10 градусов). Вследствие интерференции суммарный главный лепесток диаграммы направленности антенной системы существенно меняется, создавая ложные пеленги, отличающиеся от истинных пеленгов на десятки градусов.The invention relates to radio engineering, namely, to the field of direction finding, and can be used for direction finding (measuring azimuths) and measuring elevation angles of ionospheric signals under conditions of receiving several interfering rays in a wide frequency range. When receiving ionospheric signals, as a rule, several rays (1 ÷ 4 or more), reflected from different layers of the ionosphere, come with the azimuths located in the main lobe of the radiation pattern (~ 5 ÷ 10 degrees). Due to interference, the total main lobe of the antenna system’s radiation pattern changes significantly, creating false bearings that differ from true bearings by tens of degrees.

Известны фазовые способы пеленгации, осуществляемые путем измерений разности фаз между вибраторами антенной системы и оценки по этим измерениям азимутов и углов места (Патент RU №2365931, опубликован 27.08.2009 г.; Патент RU №2429500, опубликован 20.09.2011; Патент RU №2450283, опубликован 10.05.2012 г.; Заявка на изобретение RU №2010143935, опубликована 10.05.2012 г.; Заявка RU №2003108306 от 25.03.2003 г., G01S 3/14, опубликована 10.10.2004 г.). Недостатком вышеуказанных способов является то, что используется только фазовая информации. Это требует для однозначности измерения фаз на вибраторах малого, по сравнению с длиной волны, пространственного разнесения вибраторов Known phase direction finding methods, carried out by measuring the phase difference between the vibrators of the antenna system and evaluating these measurements of azimuths and elevation angles (Patent RU No. 2365931, published August 27, 2009; Patent RU No. 2429500, published September 20, 2011; Patent RU No. 2450283 , published May 10, 2012; Application for invention RU No. 20143935, published May 10, 2012; Application RU No. 2003108306 dated March 25, 2003, G01S 3/14, published October 10, 2004). The disadvantage of the above methods is that only phase information is used. This requires, for the sake of uniqueness, the measurement of phases on the vibrators of small, compared with the wavelength, spatial diversity of the vibrators

R n + 1 R n < λ 2

Figure 00000001
, R n + one - R n < λ 2
Figure 00000001
,

В условиях приема двух (или нескольких) близких по азимуту лучей фазовые способы пеленгации являются неустойчивыми. При разности фаз между лучами ~180° они дают отклонения пеленга на десятки градусов (ложные пеленги).Under conditions of receiving two (or several) rays close in azimuth, phase direction finding methods are unstable. When the phase difference between the rays is ~ 180 °, they give bearing deviations of tens of degrees (false bearings).

Известны способы пеленгации по максимуму диаграммы направленности антенной системы (Патент RU №2144200, опубликован 10.01. 2000 г.; Патент RU №2258241, опубликован 10.08.2005 г.; Патент RU №2419805, опубликован 27.05.2011 г.; Патент RU №2201599, опубликован 27.03.2003 г.; Патент RU №2004100714, опубликован 20.06.2005 г.). В этом случае используется временное преобразование Фурье для частотного выделения сигнала от отдельных вибраторов антенной системы и различные формы пространственной обработки данных. Наилучшим образом диаграмма направленности формируется при использовании пространственного преобразования Фурье. В результате создается двумерный комплексный угловой спектр (диаграмма направленности антенной системы). При использовании пространственного преобразования Фурье диаграмма направленности формируется по выражению (комплексный вид):Known methods for direction finding to the maximum radiation pattern of the antenna system (Patent RU No. 2144200, published January 10, 2000; Patent RU No. 2258241, published August 10, 2005; Patent RU No. 2419805, published May 27, 2011; Patent RU No. 2201599 , published March 27, 2003; Patent RU No. 2004100714, published June 20, 2005). In this case, the temporary Fourier transform is used to frequency isolate the signal from individual vibrators of the antenna system and various forms of spatial data processing. The radiation pattern is best formed using the spatial Fourier transform. The result is a two-dimensional complex angular spectrum (radiation pattern of the antenna system). When using the spatial Fourier transform, the radiation pattern is formed by the expression (complex view):

U ^ ( α , β ) = 1 N n = 1 N E ^ n e i K ¯ ( α , β ) R ¯ n , ( 1 )

Figure 00000002
U ^ ( α , β ) = one N n = one N E ^ n e - i K ¯ ( α , β ) R ¯ n , ( one )
Figure 00000002

где Ê= E0,nexp(iψn) - комплексная амплитуда напряженности поля ионосферного сигнала в n-точке пространства с радиус-вектором R ¯ n

Figure 00000003
,where Ê = E 0, n exp (iψ n ) is the complex amplitude of the field strength of the ionospheric signal at the n-point of space with a radius vector R ¯ n
Figure 00000003
,

E0,nn - амплитуда и фаза напряженности поля сигнала на n-вибраторе.E 0, n , ψ n is the amplitude and phase of the signal field strength on the n-vibrator.

K ¯ ( α , β )

Figure 00000004
- оценочный волновой вектор ионосферного сигнала, K ¯ ( α , β )
Figure 00000004
- estimated wave vector of the ionospheric signal,

α', β' - оценочные значения азимута и угла места ионосферного сигнала.α ', β' - estimated azimuth and elevation angle of the ionospheric signal.

Квадрат модуля нормированной диаграммы направленности (расчетная форма) определяется выражениемThe square of the module of the normalized radiation pattern (design form) is determined by the expression

U 2 ( α , β ) = E n cos ( ψ n K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) ¯ 2 + E n sin ( ψ n K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) ¯ 2 E ¯ n 2 , ( 2 )

Figure 00000005
U 2 ( α , β ) = E n cos ( ψ n - K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) ¯ 2 + E n sin ( ψ n - K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) ¯ 2 E ¯ n 2 , ( 2 )
Figure 00000005

где черта сверху означает суммирование по индексу «n».where the bar above means summation over the index "n".

Недостатком вышеуказанных способов, связанных с пространственным преобразованием Фурье, является неустойчивость решения при наличии много лучевой интерференции при разности фаз между лучами ~180°. При приеме двух интерферирующих лучей ионосферного сигнала (различие в азимутах меньше ширины диаграммы направленности) суммарная диаграмма направленности за счет изменения разности фаз между лучами (в области ~180 градусов) в значительной степени подавляется. Боковые или задние лепестки суммарной диаграммы направленности в этих условиях становятся больше, чем основной лепесток диаграммы направленности. В результате азимут (пеленг) в амплитудном способе пеленгации определяется по максимальному боковому или заднему лепестку диаграммы направленности антенной системы. Отклонения азимута (ложные пеленги) достигают десятков градусов.The disadvantage of the above methods associated with the spatial Fourier transform is the instability of the solution in the presence of a lot of beam interference with a phase difference between the rays of ~ 180 °. When two interfering rays of the ionospheric signal are received (the difference in azimuths is less than the width of the radiation pattern), the total radiation pattern due to a change in the phase difference between the rays (in the region of ~ 180 degrees) is largely suppressed. The side or back lobes of the total radiation pattern in these conditions become larger than the main lobe of the radiation pattern. As a result, the azimuth (bearing) in the amplitude direction finding method is determined by the maximum lateral or rear lobe of the antenna system radiation pattern. Azimuth deviations (false bearings) reach tens of degrees.

Известны способы пеленгации, антенная система в которых состоит из ограниченного количества вибраторов (3÷5 вибраторов) (Патент RU №2262119, опубликован 10.10.2005 г.; Патент RU №2253877, опубликован 10.06.2005 г.). Недостатками этого способа пеленгации является малая помехоустойчивость, вследствие отсутствия статистической обработки данных, и наличие ложных пеленгов при приеме двух близких по азимуту лучей ионосферного сигнала.Known methods of direction finding, the antenna system in which consists of a limited number of vibrators (3 ÷ 5 vibrators) (Patent RU No. 2262119, published October 10, 2005; Patent RU No. 2253877, published June 10, 2005). The disadvantages of this method of direction finding is low noise immunity, due to the lack of statistical data processing, and the presence of false bearings when receiving two close in azimuth rays of the ionospheric signal.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому способу пеленгации при приеме многолучевых ионосферных сигналов является «Способ пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами», патент RU №2305294, МПК G01S 3/16, опубликован 27.08.2007 г.The closest (prototype) to the proposed method of direction finding when receiving multipath ionospheric signals is the "Method of direction finding taking into account the correlation between the rays", patent RU No. 2305294, IPC G01S 3/16, published on 08.27.2007

Согласно данному способу пеленгации (прототип) последовательность действий следующая. С помощью антенной решетки, состоящей из N вибраторов, расположенных равномерно по окружности радиуса R (пространственная база сигнала) 1) принимают ионосферные сигналы, 2) преобразуют их по частоте и 3) усиливают посредством многоканального приемника. С выходов приемника аналоговые сигналы в каждом канале (от каждого вибратора) 4) преобразуют в цифровую форму посредством многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), 5) определяют амплитуды Е0,n и фазы ψn принятого ионосферного сигнала в каждом канале (от каждого вибратора) с помощью временного преобразования Фурье и 6) формируют суммарную четырехмерную (для двух лучей) диаграмму направленности с учетом коэффициента корреляции между лучами по выражениямAccording to this method of direction finding (prototype), the sequence of actions is as follows. Using an antenna array consisting of N vibrators located uniformly around a circle of radius R (spatial base of the signal) 1) receive ionospheric signals, 2) convert them in frequency and 3) amplify through a multi-channel receiver. From the outputs of the receiver, the analog signals in each channel (from each vibrator) 4) are converted into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC), 5) the amplitudes E 0, n and phase ψ n of the received ionospheric signal in each channel (from each vibrator) using the temporary Fourier transform and 6) form the total four-dimensional (for two rays) radiation pattern taking into account the correlation coefficient between the rays according to the expressions

U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' , ) = U ^ E n * exp ( i k ¯ ( α 1 ' , β 1 ' ) R ¯ n ) ¯ + U ^ E n * exp ( i k ¯ ( α 2 ' , β 2 ' ) R ¯ n ) ¯ E ^ n E ^ n * ¯ , ( 3 )

Figure 00000006
U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' , ) = U ^ E n * exp ( - i k ¯ ( α one '' , β one '' ) R ¯ n ) ¯ + U ^ E n * exp ( - i k ¯ ( α 2 '' , β 2 '' ) R ¯ n ) ¯ E ^ n E ^ n * ¯ , ( 3 )
Figure 00000006

гдеWhere

U ^ 1 = E ^ n exp ( i k ¯ 1 ( α 1 ' , β 1 ' ) R ¯ n ) ¯ + E n exp ( i k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' ) R ¯ n ) ¯ A ^ 1 A ^ A ^ *

Figure 00000007
U ^ one = E ^ n exp ( i k ¯ one ( α one '' , β one '' ) R ¯ n ) ¯ + E n exp ( i k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' ) R ¯ n ) ¯ A ^ one - A ^ A ^ *
Figure 00000007

U ^ 2 = E ^ n exp ( i k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' ) R ¯ n ) ¯ + E ^ n exp ( i k ¯ 1 ( α 1 ' , β 1 ' ) R ¯ n ) ¯ A * ^ 1 A ^ A ^ *

Figure 00000008
U ^ 2 = E ^ n exp ( i k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' ) R ¯ n ) ¯ + E ^ n exp ( i k ¯ one ( α one '' , β one '' ) R ¯ n ) ¯ A * ^ one - A ^ A ^ *
Figure 00000008

A ^ = exp ( i ( k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' ) k ¯ ( α 1 ' , β 1 ' ) ) R ¯ n ) ¯

Figure 00000009
A ^ = exp ( i ( k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' ) - k ¯ ( α one '' , β one '' ) ) R ¯ n ) ¯
Figure 00000009

Ên - комплексная амплитуда сигнала, измеренная на n-вибраторе,Ê n is the complex amplitude of the signal, measured on an n-vibrator,

R ¯ n

Figure 00000010
- радиус-вектор, определяющий местоположение n-вибратора, R ¯ n
Figure 00000010
- radius vector that determines the location of the n-vibrator,

k ¯ 1 ( α 1 ' , β 1 ' )

Figure 00000011
, k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000012
- волновые векторы первого и второго лучей ионосферного сигнала, зависящие от оценочных азимутов α 1 ' , α 2 '
Figure 00000013
и углов места β 1 ' , β 2 '
Figure 00000014
. k ¯ one ( α one '' , β one '' )
Figure 00000011
, k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000012
- wave vectors of the first and second rays of the ionospheric signal, depending on estimated azimuths α one '' , α 2 ''
Figure 00000013
and elevation β one '' , β 2 ''
Figure 00000014
.

Â1 - коэффициент корреляции между лучами,Â1 - correlation coefficient between the rays,

черта сверху означает суммирование по индексу n.a dash means summation over index n.

Знак * означает комплексное сопряжение,The * sign means complex conjugation,

знак ^ означает комплексную величину. the sign ^ means a complex quantity.

7) Производят сканирование диаграммой направленности в четырехмерном пространстве за счет изменения оценочных азимутов и углов места α 1 ' , α 2 '

Figure 00000015
и β 1 ' , β 2 '
Figure 00000016
в указанных угловых диапазонах с определенным шагом, запоминая значения параметров α 1 ' , α 2 '
Figure 00000017
, β 1 ' , β 2 '
Figure 00000016
, U ^ 1 , U ^ 2
Figure 00000018
, U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000019
.7) Perform scanning with a radiation pattern in four-dimensional space by changing the estimated azimuths and elevation angles α one '' , α 2 ''
Figure 00000015
and β one '' , β 2 ''
Figure 00000016
in the specified angular ranges with a certain step, remembering the values of the parameters α one '' , α 2 ''
Figure 00000017
, β one '' , β 2 ''
Figure 00000016
, U ^ one , U ^ 2
Figure 00000018
, U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000019
.

Азимут и угол места каждого луча 8) определяют по максимуму четырехмерной диаграммы направленности. The azimuth and elevation of each beam 8) is determined by the maximum of the four-dimensional radiation pattern.

Недостатком этого способа является его ограниченность, связанная с приемом только одного или двух лучей ионосферного сигнала. В то время как в ионосферном сигнале количество лучей может достигать четырех и более. Вторым недостатком этого способа является большая трудоемкость, связанная с необходимостью перебора (сканирования диаграммой направленности) двух азимутов и двух углов места ( α 1 ' , β 1 ' , и α 2 ' , β 2 ' )

Figure 00000020
с шагом по азимуту Δα<0.5° в диапазоне 0÷360 градусов и с шагом по углу места Δβ≤0.5° в диапазоне 0÷90 градусов в четырехмерном пространстве азимутов и углов места. При увеличении количества лучей в этом способе пеленгации время, требуемое для расчета параметров, увеличивается экспоненциально. Если T необходимое время расчета параметров одного луча в одной точке области определения и M количество точек, то для N лучей требуется время TN=T*M2N.The disadvantage of this method is its limitations associated with the reception of only one or two rays of the ionospheric signal. While in the ionospheric signal the number of rays can reach four or more. The second disadvantage of this method is the high complexity associated with the need to sort (scan by radiation pattern) of two azimuths and two elevation angles ( α one '' , β one '' , and α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000020
with a step in azimuth Δα <0.5 ° in the range 0 ÷ 360 degrees and with a step in elevation Δβ≤0.5 ° in the range 0 ÷ 90 degrees in four-dimensional space of azimuths and elevation angles. With an increase in the number of rays in this direction finding method, the time required to calculate the parameters increases exponentially. If T is the necessary time for calculating the parameters of one ray at one point in the domain of definition and M is the number of points, then for N rays the time T N = T * M 2N is required.

Блок-схема данного способа пеленгации (прототипа) представлена на фиг.1. Согласно способу пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами последовательность действий следующая.The block diagram of this method of direction finding (prototype) is presented in figure 1. According to the direction finding method, taking into account the correlation between the rays, the sequence of actions is as follows.

1. Принимают сигналы с помощью круговой антенной системы, состоящей из N вибраторов 1. Receive signals using a circular antenna system consisting of N vibrators

( N N 1 + 1 ( 1 | A ^ 1 | 2 , N 1 = 8 )

Figure 00000021
( N N one + one ( one - | | | A ^ one | | | 2 , N one = 8 )
Figure 00000021

расположенных на поверхности земли равномерно по окружности радиуса R located on the surface of the earth evenly around a circle of radius R

( R 2 π 3 | k ¯ 1 ( α 01 , β 01 ) k ¯ ( α 02 , β 02 ) | )

Figure 00000022
(блок 1) ( R 2 π 3 | | | k ¯ one ( α 01 , β 01 ) - k ¯ ( α 02 , β 02 ) | | | )
Figure 00000022
(block 1)

2. С помощью многоканального приемника преобразуют сигналы от каждой антенны по частоте, усиливают и фильтруют (блок 2).2. Using a multi-channel receiver, the signals from each antenna are converted in frequency, amplified and filtered (block 2).

3. Преобразуют аналоговые сигналы от каждого вибратора в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (блок 3).3. Convert the analog signals from each vibrator into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) (block 3).

4. Определяют амплитуды En и фазы ψn сигналов от каждого вибратора (в каждом канале), например с помощью временного преобразования Фурье (блок 4).4. Determine the amplitudes E n and phase ψ n of the signals from each vibrator (in each channel), for example using a temporary Fourier transform (block 4).

5. Задают точку в пространстве оценочных азимутов α 1 ' , α 2 '

Figure 00000015
и углов места β 1 ' , β 2 '
Figure 00000016
и вычисляют согласно (3) четырехмерную диаграмму направленности U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000019
в заданной точке по выборке данных Ên и запоминают ее значения и значений переменных Û1, Û2, α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 '
Figure 00000023
(блок 5).5. Set a point in the space of estimated azimuths α one '' , α 2 ''
Figure 00000015
and elevation β one '' , β 2 ''
Figure 00000016
and calculate according to (3) a four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000019
at a given point in the data sample Ê n and remember its values and the values of the variables Û 1 , Û 2 , α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 ''
Figure 00000023
(block 5).

6. Повторяют действия блока 5 с другими значениями параметров α 1 ' , α 2 '

Figure 00000015
и β 1 ' , β 2 '
Figure 00000016
(из области их определения) с шагом по азимуту Δα≤0.5° в диапазоне 0÷360 градусов и с шагом по углу места Δβ≤0.5° в диапазоне 0÷90 градусов и создают поверхность в четырехмерном пространстве азимутов и углов места (четырехмерную диаграмму направленности) (блок 6).6. Repeat the actions of block 5 with other parameter values α one '' , α 2 ''
Figure 00000015
and β one '' , β 2 ''
Figure 00000016
(from the field of their definition) with a step in azimuth Δα≤0.5 ° in the range 0 ÷ 360 degrees and with a step in elevation Δβ≤0.5 ° in the range 0 ÷ 90 degrees and create a surface in four-dimensional space of azimuths and elevation angles (four-dimensional radiation pattern ) (block 6).

7. Определяют максимальное значение четырехмерной диаграммы направленности и фиксируют параметры α 1 ' = α 01 , β 1 ' = β 01 , α 2 ' = α 02 , β 2 1 = β 02

Figure 00000024
, а также Û101, Û202 (блок 7).7. Determine the maximum value of the four-dimensional radiation pattern and fix the parameters α one '' = α 01 , β one '' = β 01 , α 2 '' = α 02 , β 2 one = β 02
Figure 00000024
, as well as Û 1 = Û 01 , Û 2 = Û 02 (block 7).

8. Определяют ранг поля (однолучевое или двулучевое) по условию U01/U02≥3 и оставляют решения, удовлетворяющие этому условию (блок 8).8. The field rank (single-beam or double-beam) is determined by the condition U 01 / U 02 ≥3 and the solutions that satisfy this condition are left (block 8).

Целью данного изобретения (технический результат) является расширение возможностей «Способа пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи» на случай приема K лучей (K=1÷4 и более) и сокращение времени расчета угловых параметров многолучевого ионосферного сигнала.The purpose of this invention (technical result) is to expand the capabilities of the “Direction finding method taking into account the correlation relationship” in the case of receiving K rays (K = 1 ÷ 4 or more) and reducing the time of calculating the angular parameters of a multipath ionospheric signal.

Технический результат достигается тем, что с помощью круговой антенной системы, многоканального приемника, многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и временного преобразования Фурье формируется пространственно-временной массив комплексных данных Ên,k, отображающий значения напряженности поля в n точках пространства (n - номер вибратора) и в k-моменты времени с интервалами 1-2 секунды (индекс k определяет номер временного среза данных на n вибраторах, k=1÷k). Формируется корреляционная матрица  размерностью, равной количеству лучей (K*K), элементы которой усредняются по индексу n (по вибраторам, по пространству), задаются оценочные значения азимута α' и угла места β' из области их определения и по матричному выражению (4) определяются неопределенные коэффициенты â1÷â4,The technical result is achieved by the fact that using a circular antenna system, a multi-channel receiver, a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) and a temporary Fourier transform, a spatio-temporal array of complex data Ê n, k is displayed that displays the field strengths at n points of space (n - vibrator number) and at k time instants with intervals of 1-2 seconds (the index k determines the number of time slice data on n vibrators, k = 1 ÷ k). A correlation matrix  is formed with a dimension equal to the number of rays (K * K), the elements of which are averaged over the index n (over vibrators, over space), the estimated azimuth values α 'and elevation angle β' are determined from the domain of their determination and according to the matrix expression (4 ) undetermined coefficients â 1 ÷ â 4 ,

A ^ a ¯ = b ¯ , г д е ( 4 )

Figure 00000025
A ^ a ¯ = b ¯ , g d e ( four )
Figure 00000025

 - корреляционная матрица с элементами E ^ n , k E ^ n , p * ¯

Figure 00000026
, - correlation matrix with elements E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000026
,

k=1÷K, p=1÷K, n=1÷N, черта сверху означает суммирование по индексу n,k = 1 ÷ K, p = 1 ÷ K, n = 1 ÷ N, the bar above means summation over the index n,

b ¯ = ( b ^ 1 ÷ b ^ K ) T

Figure 00000027
- вектор-столбец с координатами b ^ k = exp ( i K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) E n , k * ¯
Figure 00000028
(черта сверху определяет суммирование по индексу n, по вибраторам). b ¯ = ( b ^ one ÷ b ^ K ) T
Figure 00000027
- column vector with coordinates b ^ k = exp ( - i K ¯ ( α , β ) R ¯ n ) E n , k * ¯
Figure 00000028
(the bar above determines the summation over index n, over vibrators).

ā=(â1÷âK)T - вектор-столбец неопределенных коэффициентов.ā = (â 1 ÷ â K ) T is the column vector of the indefinite coefficients.

Оценка неопределенных коэффициентов позволяет получить значениеEstimation of uncertain coefficients allows to obtain a value

нормированного функционала правдоподобия Δ(α',β') по выражению (5).normalized likelihood functional Δ (α ', β') according to expression (5).

Δ ( α ' , β ' ) = 1 1 n = 1 N k = 1 K | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n ) | ( 5 )

Figure 00000029
Δ ( α '' , β '' ) = one one - n = one N k = one K | | | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n ) | | | ( 5 )
Figure 00000029

Методом перебора по азимуту α' и углу места β' создается полная поверхность функционала в двумерном пространстве углов (0÷360° по азимуту и 0÷90° по углу места). С помощью порогового значения U0=20 выделяют K максимумов этой поверхности, по которым определяют оценочные значения азимутов и углов места K лучей ионосферного сигнала.By searching in azimuth α 'and elevation angle β', a complete functional surface is created in the two-dimensional space of angles (0 ÷ 360 ° in azimuth and 0 ÷ 90 ° in elevation). Using the threshold value U 0 = 20, K maxima of this surface are extracted, from which the estimated azimuths and elevation angles K of the rays of the ionospheric signal are determined.

Существенные отличия предлагаемого способа пеленгации от прототипа следующие.Significant differences of the proposed method of direction finding from the prototype are as follows.

- Исключается операция создания четырехмерной диаграммы направленности и сканирование этой диаграммой в четырехмерном пространстве, которая значительно увеличивает время расчета параметров ионосферного сигнала и не позволяет реализовать способ (прототип) с большим количеством лучей.- Excludes the operation of creating a four-dimensional radiation pattern and scanning this diagram in four-dimensional space, which significantly increases the calculation time of the parameters of the ionospheric signal and does not allow to implement the method (prototype) with a large number of rays.

- Пространственная информация, получаемая с помощью антенной системы, дополняется необходимой информацией во времени (срезы данных) и проводится наиболее оптимальная совместная пространственно - временная обработка данных.- The spatial information obtained using the antenna system is supplemented with the necessary information in time (data slices) and the most optimal joint spatio-temporal data processing is carried out.

- Вместо оценок параметров лучей по максимуму четырехмерной диаграммы направленности в прототипе, в предлагаемом способе производятся оценки параметров лучей по максимумам функционала правдоподобия (количество максимумов совпадает с количеством лучей) в двумерном пространстве азимутов и углов места.- Instead of evaluating the parameters of the rays by the maximum of the four-dimensional radiation pattern in the prototype, the proposed method estimates the parameters of the rays by the maxima of the likelihood functional (the number of maxima coincides with the number of rays) in the two-dimensional space of azimuths and elevation angles.

Обоснованием способа пеленгации ионосферного сигнала в условиях интерференции лучей является следующее.The rationale for the method of direction finding of the ionospheric signal under the conditions of ray interference is as follows.

Запишем сигнал на n-вибраторе и в k-точке по времени Ên,k в комплексной форме в видеWe write the signal on the n-vibrator and at the k-point in time Ê n, k in a complex form in the form

E ^ n , k = m M U ^ m e i ( ω m t k K ¯ m ( α 0, m , β 0, m ) R ¯ n ) ( 6 )

Figure 00000030
E ^ n , k = m M U ^ m e i ( ω m t k - K ¯ m ( α 0 m , β 0 m ) R ¯ n ) ( 6 )
Figure 00000030

где Ûm - комплексная амплитуда m-луча ионосферного сигнала,where Û m is the complex amplitude of the m-beam of the ionospheric signal,

K ¯ m ( α 0, m , β 0, m )

Figure 00000031
- волновой вектор m-луча ионосферного сигнала, K ¯ m ( α 0 m , β 0 m )
Figure 00000031
- wave vector of the m-beam of the ionospheric signal,

α0,m0,m - значения азимута и угла места m-луча ионосферного сигнала,α 0, m , β 0, m - azimuth and elevation angle of the m-beam of the ionospheric signal,

R ¯ n

Figure 00000032
- местоположение n-вибратора, R ¯ n
Figure 00000032
- location of the n-vibrator,

tk - время отсчетов напряженности поля (k меняется в пределах от 1 до K, K=М - количество лучей в ионосферном сигнале,t k is the time of reading the field strength (k varies from 1 to K, K = M is the number of rays in the ionospheric signal,

ωm - круговая частота m-луча ионосферного сигнала.ω m is the circular frequency of the m-beam of the ionospheric signal.

Используя временную последовательность данных, исключим переменные, описывающие поля М-1 луча Using the time sequence of data, we exclude variables that describe the field M-1 of the beam

( U ^ m , K ¯ m ( α 0, m , β 0, m ) , ω m )

Figure 00000033
. ( U ^ m , K ¯ m ( α 0 m , β 0 m ) , ω m )
Figure 00000033
.

В результате получим выражение (7) с неопределенными коэффициентами â1÷âK, выражение в правой части которого описывает поле лишь одной волны с единичной амплитудой (индекс т у переменных убран).As a result, we obtain expression (7) with undetermined coefficients â 1 ÷ â K , the expression on the right side of which describes the field of only one wave with unit amplitude (the index m of the variables is removed).

k = 1 K a ^ k E ^ n , k = e i K ¯ ( α 0 , β 0 ) R ¯ n ( 7 )

Figure 00000034
k = one K a ^ k E ^ n , k = e - i K ¯ ( α 0 , β 0 ) R ¯ n ( 7 )
Figure 00000034

Неопределенные коэффициенты â1÷âK не зависят от номера вибратора n. Они зависят лишь от временного интервала Δt. Следовательно они одинаковы для выражения (7) при разных значениях индекса n. На основании этого можно проводить статистическую обработку пространственных данных методом максимального правдоподобия для нахождения значений неопределенных коэффициентов. Для этого запишем функционал (8).Undetermined coefficients â 1 ÷ â K do not depend on the number of the vibrator n. They depend only on the time interval Δt. Therefore, they are the same for expression (7) for different values of the index n. Based on this, it is possible to carry out statistical processing of spatial data using the maximum likelihood method to find the values of uncertain coefficients. To do this, we write functional (8).

Δ 1 ( α ' , β ' ) = n = 1 N k = 1 K | a ^ k E ^ n , k e i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n | 2 ( 8 )

Figure 00000035
Δ one ( α '' , β '' ) = n = one N k = one K | | | a ^ k E ^ n , k - e - i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n | | | 2 ( 8 )
Figure 00000035

В этом выражении штрихами обозначены оценочные значения азимута и угла места. Дифференцируя выражение (8) по неопределенным коэффициентам â1÷âK и приравнивая дифференциалы нулю, получим матричное уравнение (4).In this expression, primes indicate the estimated azimuth and elevation. Differentiating expression (8) with respect to the indefinite coefficients â 1 ÷ â K and equating the differentials to zero, we obtain the matrix equation (4).

A ^ * a ¯ = b ¯

Figure 00000036
A ^ * a ¯ = b ¯
Figure 00000036

где Â - корреляционная матрица, элементы которой определяются значениями поля на вибраторах E ^ n , k E ^ n , p * ¯

Figure 00000037
.where  is the correlation matrix, the elements of which are determined by the field values on the vibrators E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000037
.

По индексу n производится суммирование (черта сверху), индексы k=1÷K, p=1÷K определяют размерность матрицы.Summation is performed on index n (the bar is above), the indices k = 1 ÷ K, p = 1 ÷ K determine the dimension of the matrix.

ā=(â1÷âK)T - вектор столбец неопределенных коэффициентов.ā = (â 1 ÷ â K ) T - vector column column of uncertain coefficients.

b ¯ = ( b 1 ÷ b K ) T

Figure 00000038
- вектор столбец, коэффициентами которого являются выражения b ¯ = ( b one ÷ b K ) T
Figure 00000038
is a column vector whose coefficients are expressions

b K = exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n E ^ n , k * ¯

Figure 00000039
b K = exp - ( - i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n E ^ n , k * ¯
Figure 00000039

Задавая оценочные значения α', β' из области определения (0-360° по азимуту и 0÷90° по углу места) можно решить матричное уравнение (4) и определить неопределенные коэффициенты â1÷âK. Подставляя их в функционал правдоподобия (8), можно получить точку поверхности этого функционала. Перебирая все значения оценочных углов α',β' из области их определения, и повторяя расчет коэффициентов â1÷âK и функционала (8), можно получить всю поверхность функционала. Минимумы этой поверхности определяют решения. Для удобства функционал Δ1(α', β') (8) можно преобразовать в нормированный функционал (5).By setting the estimated values of α ', β' from the domain of determination (0-360 ° in azimuth and 0 ÷ 90 ° in elevation), it is possible to solve matrix equation (4) and determine the uncertain coefficients â 1 ÷ â K. Substituting them into the likelihood functional (8), we can obtain a surface point of this functional. Going through all the values of the estimated angles α ', β' from the domain of their determination, and repeating the calculation of the coefficients â 1 ÷ â K and functional (8), we can obtain the entire surface of the functional. The minima of this surface determine the solutions. For convenience, the functional Δ1 (α ', β') (8) can be transformed into a normalized functional (5).

Δ ( α ' , β ' ) = 1 1 n = 1 N k = 1 K | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n ) |

Figure 00000040
Δ ( α '' , β '' ) = one one - n = one N k = one K | | | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n ) | | |
Figure 00000040

В этом функционале решения определяют его максимумы, значения которых меняются от 1 до бесконечности в зависимости от дисперсии шума. При условии, что отношение сигнал/шум равно 20 дБ, пороговым значением U0, отделяющим значения максимумов от шумовых максимумов, является U0=20. Таким образом, максимумы, превышающие пороговое значение U0, определяют K решений: In this solution functional, its maxima are determined, the values of which vary from 1 to infinity depending on the noise variance. Provided that the signal-to-noise ratio is 20 dB, the threshold value U 0 separating the maximum values from the noise maximums is U 0 = 20. Thus, the maxima exceeding the threshold value U 0 determine K solutions:

α k ' = α 0, k , β k ' = β 0, k

Figure 00000041
α k '' = α 0 k , β k '' = β 0 k
Figure 00000041

В случае, если в принятом ионосферном сигнале количество лучей меньше предполагаемого, то для лишних лучей максимум функционала будет на уровне шумовых максимумов и за счет установленного порога они исключаются.If the number of rays in the received ionospheric signal is less than the expected, then for extra rays the maximum of the functional will be at the level of noise maximums and due to the set threshold they are excluded.

Сущность предлагаемого способа пеленгации ионосферных сигналов в условиях интерференции лучей поясняется следующими чертежами.The essence of the proposed method for direction finding of ionospheric signals in the conditions of interference of rays is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется прототип «Способ пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами».Figure 1 presents the structural diagram of the device with which the prototype "Method of direction finding taking into account the correlation relationship between the rays" is implemented.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый способ пеленгации. По сравнению с прототипом первые четыре блока идентичны, вместо 5÷8 блоков прототипа предлагаются действия новых блоков 5÷10. С помощью этих блоков формируется пространственно-временной массив, который преобразуется с помощью неопределенных коэффициентов (7), и методом максимального правдоподобия производится оценка угловых параметров многолучевого ионосферного сигнала.Figure 2 presents the structural diagram of the device with which the proposed method of direction finding is implemented. Compared with the prototype, the first four blocks are identical, instead of 5–8 blocks of the prototype, the actions of the new 5–10 blocks are proposed. Using these blocks, a spatio-temporal array is formed, which is transformed using uncertain coefficients (7), and the angular parameters of the multipath ionosphere signal are estimated by the maximum likelihood method.

На фиг.3 показано расположение антенн на поверхности земли, составляющих круговую антенную систему. Количество вибраторов равно 16, радиус антенной системы равен 65 м.Figure 3 shows the location of the antennas on the earth's surface, constituting a circular antenna system. The number of vibrators is 16, the radius of the antenna system is 65 m.

На фиг.4 показан схематично пространственно-временной массив, получаемый в блоке 5. Количество вибраторов N, количество временных срезов данных K, полученных через интервал времени Δt=1÷2 с.Figure 4 shows a schematic spatial-temporal array obtained in block 5. The number of vibrators N, the number of time slices of data K, obtained after a time interval Δt = 1 ÷ 2 s.

На фиг.5 показана поверхность функционала правдоподобия Δ(α',β') (Delta) в зависимости от азимута α' (Alfa) и угла места β' (Beta). Четыре максимума поверхности функционала определяют азимуты и углы места четырех лучей ионосферного сигнала. Поверхность функционала правдоподобия получена с помощью модельных расчетов, в которых принято количество лучей K=4 с угловыми параметрами лучей, представленных в Таблице 1 (верхние две строки). Нижние две строки таблицы определяют найденные с помощью максимумов поверхности функционала правдоподобия, азимуты и углы места четырех лучей.Figure 5 shows the surface of the likelihood functional Δ (α ', β') (Delta) depending on the azimuth α '(Alfa) and elevation angle β' (Beta). The four maximums of the functional surface determine the azimuths and elevation angles of the four rays of the ionospheric signal. The surface of the likelihood functional was obtained using model calculations in which the number of rays K = 4 with the angular parameters of the rays presented in Table 1 (the upper two rows) is taken. The bottom two rows of the table determine the likelihood functional, azimuths and elevation angles of four rays found using the maxima of the surface.

Таблица 1Table 1 αβ°αβ ° №1No. 1 №2Number 2 №3Number 3 №4Number 4 α,°α, ° 7070 6868 6666 6464 β,°β, ° 4040 1313 2525 30thirty α',°α ', ° 70.1270.12 68.1268.12 67.1267.12 64.1264.12 β',°β ', ° 4040 1212 20twenty 30thirty

Значения полученных с помощью предлагаемого способа пеленгации азимутов и углов места четырех лучей вполне соответствуют их модельным значениям.The values obtained using the proposed method for direction finding azimuths and elevation angles of four rays are consistent with their model values.

На фиг.6. показана поверхность функционала правдоподобия, полученная с помощью модельных расчетов при следующих условиях. В модели задан ионосферный сигнал с двумя лучами. Расчет поверхности функционала проведен четырехлучевым алгоритмом. Максимумы двух лишних лучей не превышают уровня шумовых максимумов (на чертеже не видны). Следовательно, предлагаемый способ локации вполне работоспособен в случаях приема ионосферного сигнала с одним, двумя, тремя и четырьмя лучами.In Fig.6. shows the surface of the likelihood functional obtained using model calculations under the following conditions. The model contains an ionospheric signal with two beams. The calculation of the functional surface was carried out by a four-beam algorithm. The maxima of the two extra rays do not exceed the level of noise maxima (not visible in the drawing). Therefore, the proposed location method is fully operational in cases of receiving an ionospheric signal with one, two, three and four beams.

На фиг.7 показаны углы места многолучевого ионосферного сигнала, полученные с помощью восьмиканального пеленгатора, работающего по алгоритму предлагаемого способа пеленгации. С помощью пеленгатора ведется прием сигналов станции Москва (РВМ) на частоте f=9,996 МГц в течение 22 с. Отмечается наличие как двухлучевой структуры ионосферного сигнала, так и трехлучевой структуры. Получить такие оценки углов места с помощью классических методов пеленгации не представляется возможным.Figure 7 shows the elevation angles of a multipath ionospheric signal obtained using an eight-channel direction finder operating according to the algorithm of the proposed direction finding method. Using the direction finder, signals are received from Moscow station (RVM) at a frequency f = 9.996 MHz for 22 s. The presence of both a two-beam structure of the ionospheric signal and a three-beam structure is noted. It is not possible to obtain such estimates of elevation angles using classical direction finding methods.

Предлагаемый способ пеленгации ионосферных сигналов в условиях интерференции лучей осуществляется следующим образом (фиг.2).The proposed method of direction finding of ionospheric signals in the conditions of interference of rays is as follows (figure 2).

1. Принимают сигналы с помощью круговой антенной системы, состоящей из N вибраторов, расположенных на поверхности земли равномерно по окружности радиуса R (блок 1).1. Receive signals using a circular antenna system consisting of N vibrators located on the earth's surface evenly around a circle of radius R (block 1).

2. С помощью многоканального приемника преобразуют сигналы от каждой антенны по частоте, усиливают и фильтруют (блок 2).2. Using a multi-channel receiver, the signals from each antenna are converted in frequency, amplified and filtered (block 2).

3. Преобразуют аналоговые сигналы от каждого вибратора в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (блок 3).3. Convert the analog signals from each vibrator into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) (block 3).

4. Определяют амплитуды En и фазы ψn сигналов от каждого вибратора (в каждом канале), например, с помощью временного преобразования Фурье (блок 4).4. Determine the amplitudes E n and phase ψ n of the signals from each vibrator (in each channel), for example, using a temporary Fourier transform (block 4).

5. Повторяя действия в блоках 1÷4 K раз (K - количество лучей ионосферного сигнала), через интервалы времени Δt=1÷2 с формируют пространственно-временной массив данных En,k, ψn,k (k=1÷K, номер среза данных на вибраторах) (блок 5).5. Repeating the actions in blocks 1 ÷ 4 K times (K is the number of rays of the ionospheric signal), at time intervals Δt = 1 ÷ 2 s, a spatio-temporal data array E n, k , ψ n, k is formed (k = 1 ÷ K , data slice number on the vibrators) (block 5).

6. Формируют корреляционную матрицу данных с элементами E ^ n , k E ^ n , p * ¯

Figure 00000042
, (k=1÷k, p=1÷k, n=1÷N). Черта сверху определяет суммирование по индексу n (блок 6).6. Form a correlation matrix of data with elements E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000042
, (k = 1 ÷ k, p = 1 ÷ k, n = 1 ÷ N). The bar above determines the summation over index n (block 6).

7. Задают точку в области определения оценочных углов α',β' и вычисляют неопределенные коэффициенты â1÷â4 по матричному уравнению (4), с помощью которых вычисляют значение функционала правдоподобия (5) (блок 7).7. A point is set in the domain of determining the estimated angles α ', β' and the indefinite coefficients â 1 ÷ â 4 are calculated using the matrix equation (4), with which the likelihood functional (5) is calculated (block 7).

Δ ( α ' , β ' ) = 1 1 n = 1 N k = 1 K | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n ) |

Figure 00000043
Δ ( α '' , β '' ) = one one - n = one N k = one K | | | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n ) | | |
Figure 00000043

8. Методом перебора по азимуту α' и углу места β', повторяя действия в блоке 7, создают полную поверхность функционала в двумерном пространстве углов (0÷360° по азимуту и 0÷90° по углу места (блок 8).8. By searching in azimuth α 'and elevation angle β', repeating the actions in block 7, create a complete functional surface in two-dimensional space of angles (0 ÷ 360 ° in azimuth and 0 ÷ 90 ° in elevation (block 8).

9. Выделяют с помощью порогового уровня U0=20 K максимумов функционала правдоподобия Δ(α',β')≥U0, определяя тем самым количество лучей, содержащихся в ионосферном сигнале.9. Using the threshold level U 0 = 20 K, the maximums of the likelihood functional Δ (α ', β') ≥U 0 are distinguished, thereby determining the number of rays contained in the ionospheric signal.

10. Оценивают азимуты α k 1 = α 0, k

Figure 00000044
и углы места β k ' = β 0, k
Figure 00000045
K лучей ионосферного сигнала по выделенным K максимумам функционала правдоподобия.10. Estimated azimuths α k one = α 0 k
Figure 00000044
and elevation β k '' = β 0 k
Figure 00000045
K rays of the ionospheric signal from the selected K maxima of the likelihood functional.

Claims (1)

Способ пеленгации ионосферных сигналов в условиях интерференции лучей, включающий прием сигнала, отраженного от ионосферы, с помощью антенной системы, состоящей из N вибраторов, расположенных равномерно по окружности радиуса R, преобразование по частоте и усиление сигналов от каждого вибратора с помощью многоканального приемника, преобразование аналоговых сигналов в каждом канале в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя, определение амплитуды En и фазы ψn принятого сигнала, отраженного от ионосферы, в каждом канале с помощью временного преобразования Фурье, отличающийся тем, что дополнительно формируют пространственно-временной массив данных En,k, ψn,k через временной интервал измерений ∆t=1÷2 с, с помощью антенной системы, многоканального приемника, многоканального АЦП и блока преобразования Фурье, затем формируют с помощью пространственно-временного массива данных корреляционную матрицу A ^
Figure 00000046
с элементами E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000047
, усредненными по пространству (индекс n), после чего задают точку в области определения оценочных углов α',β' и определяют неопределенные коэффициенты a ^ 1 ÷ a ^ 4
Figure 00000048
по матричному уравнению
A ^ a ¯ = b ¯
Figure 00000049
,
где A ^
Figure 00000046
- корреляционная матрица с элементами E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000047
,
k=1÷K, p=1÷K, n=1÷N, черта сверху означает суммирование по индексу n,
b ¯ = ( b ^ 1 ÷ b ^ K ) T
Figure 00000050
- вектор-столбец с координатами b ^ k = exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n ) E ^ n , k * ¯
Figure 00000051
(черта сверху определяет суммирование по индексу n, по вибраторам),
a ¯ = ( a ^ 1 ÷ a ^ K ) T
Figure 00000052
- вектор-столбец неопределенных коэффициентов, с помощью которых определяют значение функционала правдоподобия
Δ ( α ' , β ' ) = 1 1 n = 1 N k = 1 K | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α ' , β ' ) R ¯ n ) |
Figure 00000053
,
затем формируют полную поверхность функционала правдоподобия ∆(α',β') методом перебора углов α',β' в диапазоне 0÷360° по азимуту α' и 0÷90° по углу места β', выделяют с помощью установленного порогового уровня U0 K максимумов функционала правдоподобия, после чего по выделенным максимумам оценивают азимуты α k ' = α 0, k
Figure 00000054
и углы места β k ' = β 0, k
Figure 00000055
для K лучей сигнала, отраженного от ионосферы.
A method for detecting ionospheric signals under interference of rays, including receiving a signal reflected from the ionosphere using an antenna system consisting of N vibrators arranged uniformly around a circle of radius R, frequency conversion and amplification of signals from each vibrator using a multi-channel receiver, analog conversion signals in each channel in digital form using a multi-channel analog-to-digital converter, determining the amplitude E n and phase ψ n of the received signal reflected from the ionosphere , in each channel using the time Fourier transform, characterized in that they additionally form a spatio-temporal data array E n, k , ψ n, k through the measurement time interval Δt = 1 ÷ 2 s, using the antenna system, a multi-channel receiver, a multichannel ADC and a Fourier transform block, then a correlation matrix is formed using a spatio-temporal data array A ^
Figure 00000046
with elements E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000047
averaged over space (index n), after which a point is set in the domain of definition of the estimated angles α ', β' and the uncertain coefficients are determined a ^ one ÷ a ^ four
Figure 00000048
according to the matrix equation
A ^ a ¯ = b ¯
Figure 00000049
,
Where A ^
Figure 00000046
- correlation matrix with elements E ^ n , k E ^ n , p * ¯
Figure 00000047
,
k = 1 ÷ K, p = 1 ÷ K, n = 1 ÷ N, the bar above means summation over the index n,
b ¯ = ( b ^ one ÷ b ^ K ) T
Figure 00000050
- column vector with coordinates b ^ k = exp ( - i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n ) E ^ n , k * ¯
Figure 00000051
(the bar above determines the summation over index n, over vibrators),
a ¯ = ( a ^ one ÷ a ^ K ) T
Figure 00000052
- a column vector of undetermined coefficients with which help determine the value of the likelihood functional
Δ ( α '' , β '' ) = one one - n = one N k = one K | | | a ^ k E ^ n , k exp ( i K ¯ ( α '' , β '' ) R ¯ n ) | | |
Figure 00000053
,
then the complete surface of the likelihood functional Δ (α ', β') is formed by sorting the angles α ', β' in the range 0 ÷ 360 ° in the azimuth α 'and 0 ÷ 90 ° in the elevation angle β'; 0 K maxima of the likelihood functional, after which the azimuths are estimated from the selected maxima α k '' = α 0 k
Figure 00000054
and elevation β k '' = β 0 k
Figure 00000055
for K rays of the signal reflected from the ionosphere.
RU2012148349/07A 2012-11-13 2012-11-13 Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions RU2516688C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148349/07A RU2516688C1 (en) 2012-11-13 2012-11-13 Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148349/07A RU2516688C1 (en) 2012-11-13 2012-11-13 Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2516688C1 true RU2516688C1 (en) 2014-05-20
RU2012148349A RU2012148349A (en) 2014-05-27

Family

ID=50774931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012148349/07A RU2516688C1 (en) 2012-11-13 2012-11-13 Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516688C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114814715A (en) * 2022-03-28 2022-07-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 High-precision direction finding method under large-step beam scanning condition

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4639733A (en) * 1983-05-11 1987-01-27 Racal Communications Equipment Limited Direction finding
US6148195A (en) * 1997-02-18 2000-11-14 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Phase agile antenna for use in position determination
RU2305294C2 (en) * 2005-10-27 2007-08-27 Открытое акционерное общество "Воронежское центральное конструкторское бюро "Полюс" (ОАО "ВЦКБ "Полюс") Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams
RU2365931C2 (en) * 2007-10-08 2009-08-27 Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor
RU2450283C1 (en) * 2011-02-08 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Direction finding phase method and phase direction finder for implementing said method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4639733A (en) * 1983-05-11 1987-01-27 Racal Communications Equipment Limited Direction finding
US6148195A (en) * 1997-02-18 2000-11-14 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Phase agile antenna for use in position determination
RU2305294C2 (en) * 2005-10-27 2007-08-27 Открытое акционерное общество "Воронежское центральное конструкторское бюро "Полюс" (ОАО "ВЦКБ "Полюс") Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams
RU2365931C2 (en) * 2007-10-08 2009-08-27 Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor
RU2450283C1 (en) * 2011-02-08 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Direction finding phase method and phase direction finder for implementing said method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114814715A (en) * 2022-03-28 2022-07-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 High-precision direction finding method under large-step beam scanning condition

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012148349A (en) 2014-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5990834A (en) Radar angle determination with music direction finding
Laws et al. Simulation-based evaluations of HF radar ocean current algorithms
US8946632B2 (en) System and method for terahertz 2D interferometric and synthetic aperture imaging with an incoherent source
KR100336550B1 (en) Direction finder and device for processing measurement results for the same
RU2624449C1 (en) Method of polarisation deprecition of radiosignals
WO2018025421A1 (en) Object detection apparatus and object detection method
CN103017728B (en) Method for determining direction vector of antenna array in interference environment
Chau et al. Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach
JPWO2017159521A1 (en) Object detection apparatus and object detection method
Young et al. Rapid and accurate polarimetric radar measurements of ice crystal fabric orientation at the Western Antarctic Ice Sheet (WAIS) Divide ice core site
CN104144020A (en) Determination method of antenna array phase response parameter with unknown signal direction
Qi et al. Passive source localization based on multipath arrival angles with a vertical line array using sparse Bayesian learning
RU2305294C2 (en) Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams
RU2491569C2 (en) Method of direction finding with increased resolution ability
Meyer et al. Variational Bayesian estimation of time-varying DOAs
Abou-Khousa et al. High-resolution short-range wideband FMCW radar measurements based on MUSIC algorithm
RU2516688C1 (en) Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions
Ulrich et al. Multi-carrier MIMO radar: A concept of sparse array for improved DOA estimation
RU2431862C1 (en) Polarisation independent direction finding method of multi-beam radio signals
Nai et al. Adaptive beamspace processing for phased-array weather radars
RU2518013C1 (en) Method of estimating angular parameters of ionospheric signals
RU2572357C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth&#39;s surface in on-board four-channel doppler radar set
CN113608192B (en) Ground penetrating radar far field positioning method and device and computer readable storage medium
RU2385467C1 (en) Method for spatial polarisation-sensitive localisation of multibeam radio signals
RU2567850C1 (en) Aerial object direction finding method

Legal Events

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

Effective date: 20171114