RU2518007C1 - Ionospheric signal direction-finding method - Google Patents

Ionospheric signal direction-finding method Download PDF

Info

Publication number
RU2518007C1
RU2518007C1 RU2012145840/07A RU2012145840A RU2518007C1 RU 2518007 C1 RU2518007 C1 RU 2518007C1 RU 2012145840/07 A RU2012145840/07 A RU 2012145840/07A RU 2012145840 A RU2012145840 A RU 2012145840A RU 2518007 C1 RU2518007 C1 RU 2518007C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation pattern
azimuths
azimuth
antenna system
rays
Prior art date
Application number
RU2012145840/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012145840A (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 RU2012145840/07A priority Critical patent/RU2518007C1/en
Publication of RU2012145840A publication Critical patent/RU2012145840A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2518007C1 publication Critical patent/RU2518007C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: new minimum base antenna system is formed. The maximum value of the two-dimensional beam pattern U ( α s ' , β s ' )
Figure 00000093
of the minimum base antenna system is used to estimate, in conditions of receiving two beams, a stable single-beam value of the azimuth α s '
Figure 00000094
and elevation angle β s ' ,
Figure 00000095
that solution is further refined by a two-beam solution
Figure 00000096
within a limited four-dimensional area α 1 ' = α s ' ± 10 deg r e e s ,
Figure 00000097
α 2 ' = α s ' ± 10 deg r e e s ,
Figure 00000098
β 1 ' = β s ' ± 10 deg r e e s ,
Figure 00000099
β 2 ' = β s ' ± 10 deg r e e s .
Figure 00000100
The two-dimensional beam pattern U ( α s ' , β s ' )
Figure 00000101
is formed using a certain computation expression. The region for determining the stable single-beam solution α s '
Figure 00000102
β s '
Figure 00000103
is the azimuth interval 0-360 degrees and the elevation angle interval 0-90 degrees. Stability of estimates of the azimuth and elevation angle and a wide frequency range are provided by using a phase difference of two adjacent dipoles ψn+1-Ψn when forming the two-dimensional beam pattern of the antenna system.
EFFECT: shorter time for determining angular parameters of a two-beam ionospheric signal.
10 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 как одного, так и двух интерферирующих лучей в широком частотном диапазоне. При приеме ионосферных сигналов в точку приема, как правило, приходят несколько лучей, отраженных от разных слоев ионосферы, с азимутами, находящимися в области главного лепестка диаграммы направленности (~5÷10 градусов). Вследствие интерференции лучей суммарный главный лепесток диаграммы направленности антенной системы, состоящий из суммы диаграмм направленности отдельных лучей, существенно меняется. В результате возникают ложные пеленги, отличающиеся от истинных пеленгов на десятки градусов. Наличие ложных пеленгов значительно снижает достоверность получаемой информации об азимуте и угле места ионосферного сигнала.The invention relates to radio engineering, and in particular to the field of direction finding, and can be used for direction finding (azimuth measurement) and measuring elevation angles of ionospheric signals under the conditions of reception of one or two interfering rays in a wide frequency range. When receiving ionospheric signals, as a rule, several rays are reflected at the receiving point, reflected from different layers of the ionosphere, with azimuths located in the main lobe of the radiation pattern (~ 5 ÷ 10 degrees). Due to the interference of the rays, the total main lobe of the radiation pattern of the antenna system, consisting of the sum of the radiation patterns of the individual rays, varies significantly. As a result, false bearings arise, which differ from true bearings by tens of degrees. The presence of false bearings significantly reduces the reliability of the received information about the azimuth and elevation angle of the ionospheric signal.

Известны фазовые способы пеленгации, осуществляемые путем измерений разности фаз между вибраторами антенной системы и оценки по этим измерениям азимутов и углов места (Патент RU №2263327, опубликован 27.10.2005 г.; 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 для определения угловых параметров сигнала только фазовая информация. Однозначное определение фазы волны на вибраторах возможно на интервале 0÷360°. Это требует малого, по сравнению с длиной волны, пространственного разнесения вибраторов R ¯ n + 1 R ¯ n < λ 2

Figure 00000001
. В условиях приема двух близких по азимуту лучей фазовые способы пеленгации являются неустойчивыми. При разности фаз между лучами ~180° они дают отклонения пеленга на десятки градусов (ложные пеленги), что значительно снижает достоверность оценок азимутов и углов места ионосферных сигналов.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. 2263327, published October 27, 2005; Patent RU No. 2365931, published August 27, 2009; RU patent 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 of March 25, 2003, G01S 3/14, published October 10, 2004). The disadvantage of the above methods is that only phase information is used to determine the angular parameters of the signal. Unambiguous determination of the phase of the wave on the vibrators is possible in the interval 0 ÷ 360 °. This requires a small, in comparison with the wavelength, spatial separation of the vibrators R ¯ n + one - R ¯ n < λ 2
Figure 00000001
. Under conditions of receiving two rays close in azimuth, the phase direction finding methods are unstable. With a phase difference between the rays of ~ 180 °, they give bearing deviations of tens of degrees (false bearings), which significantly reduces the reliability of estimates of azimuths and elevation angles of ionospheric signals.

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:Where:

E ^ n

Figure 00000003
- комплексная амплитуда в «-точке пространства с радиус-вектором R ¯ n
Figure 00000004
, E ^ n
Figure 00000003
is the complex amplitude at the "-point of space with a radius vector R ¯ n
Figure 00000004
,

K ¯ ( α ' , β ' )

Figure 00000005
- оценочный волновой вектор ионосферного сигнала, K ¯ ( α '' , β '' )
Figure 00000005
- 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 00000006
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 00000006

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

Недостатком способов пеленгации по максимуму диаграммы направленности антенной системы, связанных с пространственным преобразованием Фурье, является неустойчивость решения при наличии двух 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. В результате достоверность оценок азимутов и углов места ионосферных сигналов оказывается низкой. Кроме того, невозможно обеспечить работоспособность пеленгатора в широком частотном диапазоне 2+30 МГц. Требования точности измерения пеленга в низкочастотной части диапазона (3÷4 МГц) определяют базу антенной системы R≥150 м. Однако при количестве вибраторов ~16 в высокочастотной части диапазона (20+30 МГц) диаграмма направленности не формируется в связи с большим пространственным разнесением вибраторов по сравнению с длиной волны, что ограничивает частотный диапазон сверху.The disadvantage of the direction finding methods for the maximum radiation pattern of the antenna system associated with the spatial Fourier transform is the instability of the solution in the presence of two 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. As a result, the reliability of estimates of azimuths and elevation angles of ionospheric signals is low. In addition, it is impossible to ensure the operability of the direction finder in a wide frequency range of 2 + 30 MHz. The requirements for the accuracy of bearing measurement in the low-frequency part of the range (3 ÷ 4 MHz) determine the base of the antenna system R≥150 m. However, when the number of vibrators is ~ 16 in the high-frequency part of the range (20 + 30 MHz), the radiation pattern is not formed due to the large spatial separation of the vibrators compared to the wavelength, which limits the frequency range from above.

Известны способы пеленгации, антенная система в которых состоит из ограниченного количества вибраторов (3÷5 вибратора) (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.

Известны способы пеленгации, антенная система в которых состоит из двух взаимно перпендикулярных линейных эквидистантных антенных решеток (Патент RU №2192651, опубликован 05.10.2000 г.). Способ включает в себя прием сигнала с помощью антенной системы, многоканального приемника, преобразование аналоговых сигналов в каждом канале в цифровую форму, использование двумерного углового преобразования Фурье, которое создает диаграмму направленности антенной системы. Максимум диаграммы направленности позволяет оценить азимут (пеленг) и угол места. Недостатком этого способа пеленгации является зависимость точности измерения пеленга от взаимной ориентации антенной системы и пеленга. При пеленгации ионосферных сигналов в условиях приема двух интерферирующих лучей могут возникать ложные пеленги, что значительно снижает достоверность оценок азимутов и углов места ионосферных сигналов.Known methods of direction finding, the antenna system in which consists of two mutually perpendicular linear equidistant antenna arrays (Patent RU No. 2192651, published 05.10.2000). The method includes receiving a signal using an antenna system, a multi-channel receiver, converting the analog signals in each channel to digital form, using a two-dimensional angular Fourier transform, which creates a radiation pattern of the antenna system. The maximum radiation pattern allows you to evaluate the azimuth (bearing) and elevation. The disadvantage of this method of direction finding is the dependence of the accuracy of the bearing measurement on the relative orientation of the antenna system and the bearing. During direction finding of ionospheric signals under conditions of receiving two interfering rays, false bearings may occur, which significantly reduces the reliability of estimates of azimuths and elevation angles of ionospheric signals.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому способу пеленгации при приеме как одного луча, так и двух лучей ионосферных сигналов является «Способ пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами», патент RU №2305294, МПК G01S 3/16, опубликован 27.08.2007 г. Он включает в себя следующую последовательность действий.The closest (prototype) to the proposed method of direction finding when receiving both one beam and two rays of 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 It includes the following sequence of actions.

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, 3) усиливают посредством многоканального приемника. Аналоговые сигналы на выходе многоканального приемника в каждом канале (от каждого вибратора) 4) преобразуют в цифровую форму посредством многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП). 5) Определяют амплитуды En и фазы Ψn принятого ионосферного сигнала в каждом канале (от каждого вибратора) с помощью временного преобразования Фурье. 6) Формируют суммарную четырехмерную (для двух лучей) диаграмму направленности с учетом коэффициента корреляции между лучами по выражениям.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, 3) amplify through a multi-channel receiver. Analog signals at the output of a multi-channel receiver in each channel (from each vibrator) 4) are converted to digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC). 5) The amplitudes E n and phases Ψ n of the received ionospheric signal in each channel (from each vibrator) are determined using the time Fourier transform. 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 ^ 1 E n * exp ( i k ¯ 1 ( α 1 ' , β 1 ' ) R ¯ n ) ¯ + U ^ 2 E n * exp ( i k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' ) R ¯ n ) ¯ E ^ n E ^ n * ¯ ( 3 )

Figure 00000007
U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' ) = U ^ one E n * exp ( - i k ¯ one ( α one '' , β one '' ) R ¯ n ) ¯ + U ^ 2 E n * exp ( - i k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' ) R ¯ n ) ¯ E ^ n E ^ n * ¯ ( 3 )
Figure 00000007

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 1 A ^ 1 A ^ 1 *

Figure 00000008
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 one - A ^ one A ^ one *
Figure 00000008

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 * 1 A ^ 1 A ^ 1 *

Figure 00000009
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 * one - A ^ one A ^ one *
Figure 00000009

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

Figure 00000010
A ^ one = exp ( i ( k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' ) - k ^ one ( α one '' , β one '' ) ) R ¯ n ) ¯
Figure 00000010

E ^ n

Figure 00000011
- комплексная амплитуда сигнала, измеренная на n-вибраторе, E ^ n
Figure 00000011
- the complex amplitude of the signal, measured on an n-vibrator,

R ¯ n

Figure 00000012
- радиус-вектор, определяющий местоположение n-вибратора, R ¯ n
Figure 00000012
- radius vector that determines the location of the n-vibrator,

k ¯ 1 ( α 1 ' , β 1 ' )

Figure 00000013
, k ¯ 2 ( α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000014
- волновые вектора первого и второго лучей ионосферного сигнала, зависящие от оценочных азимутов α 1 '
Figure 00000015
, α 2 '
Figure 00000016
и углов места β 1 '
Figure 00000017
, β 2 '
Figure 00000018
k ¯ one ( α one '' , β one '' )
Figure 00000013
, k ¯ 2 ( α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000014
- wave vectors of the first and second rays of the ionospheric signal, depending on estimated azimuths α one ''
Figure 00000015
, α 2 ''
Figure 00000016
and elevation β one ''
Figure 00000017
, β 2 ''
Figure 00000018

A ^ 1

Figure 00000019
- коэффициент корреляции между лучами, A ^ one
Figure 00000019
- the correlation coefficient between the rays,

Черта сверху означает суммирование по индексу n.The bar above 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 '

Figure 00000020
, α 2 '
Figure 00000021
и β 1 '
Figure 00000022
, β 2 '
Figure 00000018
в указанных угловых диапазонах с определенным шагом, запоминая значения параметров α 1 '
Figure 00000020
, α 2 '
Figure 00000021
, β 1 '
Figure 00000022
, β 2 '
Figure 00000018
, U ^ 1
Figure 00000023
, U ^ 2
Figure 00000024
, U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000025
. Азимут и угол места каждого луча определяются по максимуму четырехмерной диаграммы направленности.7) Perform scanning with a radiation pattern in four-dimensional space by changing the estimated azimuths and elevation angles α one ''
Figure 00000020
, α 2 ''
Figure 00000021
and β one ''
Figure 00000022
, β 2 ''
Figure 00000018
in the specified angular ranges with a certain step, remembering the values of the parameters α one ''
Figure 00000020
, α 2 ''
Figure 00000021
, β one ''
Figure 00000022
, β 2 ''
Figure 00000018
, U ^ one
Figure 00000023
, U ^ 2
Figure 00000024
, U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000025
. The azimuth and elevation of each beam are determined by the maximum of the four-dimensional radiation pattern.

Недостатком этого способа является большая трудоемкость, продолжительность расчетов, связанная с необходимостью перебора (сканирования диаграммой направленности) двух азимутов и двух углов места ( α 1 '

Figure 00000026
, β 1 '
Figure 00000027
и α 2 '
Figure 00000028
, β 2 '
Figure 00000029
) 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.The disadvantage of this method is the high complexity, the duration of the calculations associated with the need to sort (scan the radiation pattern) of two azimuths and two elevation angles ( α one ''
Figure 00000026
, β one ''
Figure 00000027
and α 2 ''
Figure 00000028
, β 2 ''
Figure 00000029
) with a step in azimuth Δα≤0.5 ° in a range of 0 ÷ 360 degrees and with a step in elevation Δβ≤0.5 ° in a range of 0 ÷ 90 degrees in four-dimensional space of azimuths and elevation angles.

Блок схема данного способа пеленгации (прототипа) представлена на фиг.1. Согласно данному способу пеленгации последовательность действий следующая.The block diagram of this method of direction finding (prototype) is presented in figure 1. According to this method of direction finding, the sequence of actions is as follows.

1. Принимают сигналы с помощью круговой антенной системы, состоящей из N-вибраторов ( N N 1 + 1 ( 1 | A ˜ 1 | 2 , N 1 = 8 )

Figure 00000030
, расположенных на поверхности земли равномерно по окружности радиуса R ( R 2 π 3 | k ¯ 1 ( α 01 , β 01 ) k ¯ 2 ( α 02 , β 02 ) | )
Figure 00000031
(блок 1). Круговые антенные системы характеризуются максимальным частотным диапазоном. Количество вибраторов определяется количеством параметров ионосферного сигнала и требуемым отношением сигнал/шум. Радиус антенной системы определяется размером интерференционной структуры поля на поверхности земли.1. Receive signals using a circular antenna system consisting of N-vibrators ( N A. N one + one ( one - | | | A ˜ one | | | 2 , N one = 8 )
Figure 00000030
located on the surface of the earth evenly around a circle of radius R ( R 2 π 3 | | | k ¯ one ( α 01 , β 01 ) - k ¯ 2 ( α 02 , β 02 ) | | | )
Figure 00000031
(block 1). Circular antenna systems are characterized by a maximum frequency range. The number of vibrators is determined by the number of parameters of the ionospheric signal and the required signal-to-noise ratio. The radius of the antenna system is determined by the size of the interference structure of the field on the earth's surface.

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 на выходах многоканального приемника от каждого вибратора в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (блок 3).3. Convert the analog signals at the outputs of the multi-channel receiver 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 '

Figure 00000032
, α 2 '
Figure 00000033
и углов места β 1 '
Figure 00000034
, β 2 '
Figure 00000035
и вычисляют согласно (3) четырехмерную диаграмму направленности U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' )
Figure 00000025
в заданной точке по выборке данных E ^ n
Figure 00000011
и запоминают ее значения и значений переменных U ^ 1
Figure 00000023
, U ^ 2
Figure 00000024
(Блок 5).5. Set a point in the space of estimated azimuths α one ''
Figure 00000032
, α 2 ''
Figure 00000033
and elevation β one ''
Figure 00000034
, β 2 ''
Figure 00000035
and calculate according to (3) a four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' )
Figure 00000025
at a given point on data sampling E ^ n
Figure 00000011
and remember its values and variable values U ^ one
Figure 00000023
, U ^ 2
Figure 00000024
(Block 5).

6. Повторяют действия (5) с другими значениями параметров α 1 '

Figure 00000032
, α 2 '
Figure 00000033
и β 1 '
Figure 00000034
, β 2 '
Figure 00000036
(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 steps (5) with other parameter values α one ''
Figure 00000032
, α 2 ''
Figure 00000033
and β one ''
Figure 00000034
, β 2 ''
Figure 00000036
(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. 0пределяют максимальное значение четырехмерной диаграммы направленности и фиксируют параметры α 1 ' = α 01

Figure 00000037
, β 1 ' = β 01
Figure 00000038
, α 2 ' = α 02
Figure 00000039
, β 2 ' = β 02
Figure 00000040
, а также U ^ 1 = U ^ 01
Figure 00000041
, U ^ 2 = U ^ 02
Figure 00000042
(блок 7).7. 0 determine the maximum value of the four-dimensional radiation pattern and fix the parameters α one '' = α 01
Figure 00000037
, β one '' = β 01
Figure 00000038
, α 2 '' = α 02
Figure 00000039
, β 2 '' = β 02
Figure 00000040
, as well as U ^ one = U ^ 01
Figure 00000041
, U ^ 2 = U ^ 02
Figure 00000042
(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 предлагаемого изобретения (технический результат) является сокращение времени расчета угловых параметров двулучевого ионосферного сигнала в прототипе «Способ пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами».The aim of the invention (technical result) is to reduce the time for calculating the angular parameters of a two-beam ionospheric signal in the prototype "Method of direction finding taking into account the correlation between the rays."

Технический результат достигается тем, что алгоритмически формируют дополнительную антенную систему с минимальной базой. По максимальному значению двумерной диаграммы направленности U ( α y ' , β y ' )

Figure 00000043
антенной системы с минимальной базой оценивают устойчивое (отсутствие ложных пеленгов) однолучевое, в условиях приема двух лучей, значение азимута α y '
Figure 00000044
и угла места β y '
Figure 00000045
. Далее это решение уточняют двулучевым решением по выражениям (3) в пределах ограниченной четырехмерной площадки α 1 ' = α y ' ± 10 г р а д у с о в
Figure 00000046
, α 2 ' = α y ' ± 10 г р а д у с о в
Figure 00000047
, β 1 ' = β y ' ± 10 г р а д у с о в
Figure 00000048
, β 2 ' = β y ' ± 10 г р а д у с о в
Figure 00000049
. Двумерную диаграмму направленности U ( α y ' , β y ' )
Figure 00000043
формируют по оригинальному выражению (4), отличному от известного выражения для диаграммы направленности (2)The technical result is achieved by the fact that algorithmically form an additional antenna system with a minimum base. By the maximum value of the two-dimensional radiation pattern U ( α y '' , β y '' )
Figure 00000043
antenna systems with a minimum base estimate stable (absence of false bearings) single-beam, in terms of receiving two rays, the azimuth value α y ''
Figure 00000044
and elevation β y ''
Figure 00000045
. Further, this solution is specified by a two-beam solution according to expressions (3) within a limited four-dimensional area α one '' = α y '' ± 10 g R but d at from about at
Figure 00000046
, α 2 '' = α y '' ± 10 g R but d at from about at
Figure 00000047
, β one '' = β y '' ± 10 g R but d at from about at
Figure 00000048
, β 2 '' = β y '' ± 10 g R but d at from about at
Figure 00000049
. Two-dimensional radiation pattern U ( α y '' , β y '' )
Figure 00000043
form according to the original expression (4), different from the known expression for the radiation pattern (2)

U 2 ( α y ' , β y ' ) = 2 E n + 1 E n cos [ ψ n + 1 ψ n + K ¯ ( α y ' , β y ' ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) ] ¯ E n + 1 2 ¯ + E n 2 ¯ ( 4 )

Figure 00000050
, U 2 ( α y '' , β y '' ) = 2 E n + one E n cos [ ψ n + one - ψ n + K ¯ ( α y '' , β y '' ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) ] ¯ E n + one 2 ¯ + E n 2 ¯ ( four )
Figure 00000050
,

где:Where:

En, Ψn - амплитуда и фаза, измеренные на n-вибраторе,E n , Ψ n - amplitude and phase, measured on an n-vibrator,

Rn - радиус вектор, определяющий расположение вибратора,R n - radius vector that determines the location of the vibrator,

K ¯ ( α y ' , β y ' )

Figure 00000051
- волновой вектор ионосферного сигнала в условиях двулучевого приема, K ¯ ( α y '' , β y '' )
Figure 00000051
- wave vector of the ionospheric signal in the conditions of two-beam reception,

α y '

Figure 00000052
, β y '
Figure 00000053
- оценочные азимут и угол места ионосферного сигнала устойчивые в условиях двух лучевого приема. α y ''
Figure 00000052
, β y ''
Figure 00000053
- estimated azimuth and elevation angle of the ionospheric signal are stable under two beam reception conditions.

Областью определения устойчивого однолучевого решения α y '

Figure 00000044
, β y '
Figure 00000045
является интервал азимутов 0÷360 градусов и интервал углов места 0÷90 градусов. Устойчивость оценок азимута и угла места и широкий частотный диапазон обеспечиваются использованием при формировании двумерной диаграммы направленности (4) разности фаз двух соседних вибраторов ψn+1n.The scope of a sustainable single-beam solution α y ''
Figure 00000044
, β y ''
Figure 00000045
is the azimuth interval 0 ÷ 360 degrees and the interval of elevation angles 0 ÷ 90 degrees. The stability of the azimuth and elevation estimates and the wide frequency range are ensured by using the phase difference of two adjacent vibrators ψ n + 1n when forming a two-dimensional radiation pattern (4).

Сокращение времени расчета обеспечивается тем, что наиболее трудоемкий расчет четырехмерной диаграммы направленности по выражению (3) производится на ограниченной площадке, а не на всем угловом диапазоне азимутов и углов места.The reduction of the calculation time is ensured by the fact that the most laborious calculation of the four-dimensional radiation pattern according to expression (3) is performed on a limited site, and not on the entire angular range of azimuths and elevation angles.

Обоснованием устойчивого однолучевого способа пеленгации в условиях двулучевого приема является следующее.The rationale for a stable single-beam direction finding method in the conditions of double-beam reception is the following.

Запишем сигнал на n-вибраторе E ^ n

Figure 00000054
в комплексной форме в видеRecord the signal on the n-vibrator E ^ n
Figure 00000054
in complex form as

E ^ n = U ^ e i K ¯ ( α 0 y , β 0 y ) R ¯ n ( 5 )

Figure 00000055
E ^ n = U ^ e - i K ¯ ( α 0 y , β 0 y ) R ¯ n ( 5 )
Figure 00000055

где U ^

Figure 00000056
- комплексная амплитуда,Where U ^
Figure 00000056
- complex amplitude

K ¯ ( α y , β y )

Figure 00000057
- волновой вектор ионосферного сигнала, K ¯ ( α y , β y )
Figure 00000057
- wave vector of the ionospheric signal,

α0y, β0y - устойчивые значения азимута и угла места ионосферного сигнала в условиях двух лучевого приема,α 0y , β 0y - stable values of azimuth and elevation angle of the ionospheric signal in the conditions of two beam reception,

R ¯ n

Figure 00000058
- местоположение n-вибратора. R ¯ n
Figure 00000058
- location of the n-vibrator.

В выражении (5) изменим индекс «и» на единицу и исключим U ^

Figure 00000056
, тогдаIn expression (5), we change the index “and” by one and exclude U ^
Figure 00000056
then

E ^ n + 1 = E ^ n e i K ¯ ( α 0 y , β 0 y ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) ( 6 )

Figure 00000059
E ^ n + one = E ^ n e - i K ¯ ( α 0 y , β 0 y ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) ( 6 )
Figure 00000059

На основании выражения (6) составим функционал правдоподобияBased on expression (6), we compose the likelihood functional

Δ ( α y ' , β y ' ) = n = 1 N | E ^ n + 1 E ^ n e i K ¯ ( α y ' , β y ' ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) | 2 ( 7 )

Figure 00000060
Δ ( α y '' , β y '' ) = n = one N | | | E ^ n + one - E ^ n e i K ¯ ( α y '' , β y '' ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) | | | 2 ( 7 )
Figure 00000060

При возведении в квадрат (7) получим:When squaring (7) we get:

Δ ( α y ' , β y ' ) = E n + 1 2 ¯ + E n 2 ¯ 2 E n + 1 E n cos [ ψ n + 1 ψ n + K ¯ ( α y ' , β y ' ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) ] ¯ ( 8 )

Figure 00000061
Δ ( α y '' , β y '' ) = E n + one 2 ¯ + E n 2 ¯ - 2 E n + one E n cos [ ψ n + one - ψ n + K ¯ ( α y '' , β y '' ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) ] ¯ ( 8 )
Figure 00000061

Черта сверху означает суммирование по N-вибраторам (по индексу n).The bar above means summation over N-vibrators (at index n).

При нормировке (8) на сумму первых двух слагаемых получим:When normalizing (8) to the sum of the first two terms, we obtain:

Δ 1 ( α y ' , β y ' ) = 1 2 E n + 1 E n cos [ ψ n + 1 ψ n + K ¯ ( α y ' , β y ' ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) ] ¯ E n + 1 2 ¯ + E n 2 ¯ ( 9 )

Figure 00000062
Δ one ( α y '' , β y '' ) = one - 2 E n + one E n cos [ ψ n + one - ψ n + K ¯ ( α y '' , β y '' ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) ] ¯ E n + one 2 ¯ + E n 2 ¯ ( 9 )
Figure 00000062

Второе слагаемое в (9) определяет квадрат нормированной диаграммы направленности (4).The second term in (9) determines the square of the normalized radiation pattern (4).

U 2 ( α y ' , β y ' ) = 2 E n + 1 E n cos [ ψ n + 1 ψ n + K ¯ ( α y ' , β y ' ) ( R ¯ n + 1 R ¯ n ) ] ¯ E n + 1 2 ¯ + E n 2 ¯

Figure 00000063
U 2 ( α y '' , β y '' ) = 2 E n + one E n cos [ ψ n + one - ψ n + K ¯ ( α y '' , β y '' ) ( R ¯ n + one - R ¯ n ) ] ¯ E n + one 2 ¯ + E n 2 ¯
Figure 00000063

Если волновой вектор K ¯ ( α y ' , β y ' )

Figure 00000051
подобрать так, чтобы аргумент косинуса в (4) был близок нулю, тогда U ( α y ' , β y ' )
Figure 00000064
будет близко к максимуму, к единице.If the wave vector K ¯ ( α y '' , β y '' )
Figure 00000051
choose so that the cosine argument in (4) is close to zero, then U ( α y '' , β y '' )
Figure 00000064
will be close to maximum, to unity.

Принципиальным для устойчивости решения является наличие разности измеренных фаз на соседних вибраторах ψn+1n в выражении (4). Она существенно уменьшает зависимость азимута и угла места от разности фаз отдельных лучей ионосферного сигнала. Кроме того, разность радиус-векторов R ¯ n + 1 R ¯ n

Figure 00000065
определяет в диаграмме направленности (4) новую базу антенной системы (фиг.4), и диаграмма направленности будет более широкой. Это способствует увеличению устойчивости решения в области высоких частот ~20÷30 МГц.Of fundamental importance for the stability of the solution is the presence of a difference in the measured phases on adjacent vibrators ψ n + 1n in expression (4). It significantly reduces the dependence of azimuth and elevation on the phase difference of individual rays of the ionospheric signal. In addition, the difference of radius vectors R ¯ n + one - R ¯ n
Figure 00000065
determines in the radiation pattern (4) the new base of the antenna system (figure 4), and the radiation pattern will be wider. This contributes to an increase in the stability of the solution in the high frequency region ~ 20–30 MHz.

Сущность способа поясняется следующими рисунками и диаграммами. На фиг.1 представлена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется прототип «Способ пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами».The essence of the method is illustrated by the following figures and diagrams. 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 добавляются четыре блока действий, связанных с оценкой устойчивых значений азимута и угла места.Figure 2 presents the structural diagram of the device with which the proposed method of direction finding is implemented. Compared with the prototype, four action blocks are added related to the assessment of stable azimuth and elevation values.

На фиг.3 представлено расположение вибраторов антенной системы на поверхности земли. Диаметр окружности равен 130 м, количество вибраторов 16.Figure 3 presents the location of the vibrators of the antenna system on the surface of the earth. The diameter of the circle is 130 m, the number of vibrators is 16.

На фиг.4 показано расположение вибраторов новой антенной системы с минимальной базой. Диаметр окружности в этом случае равен 50.72 м., количество вибраторов остается равным 16. Распределение фаз на вибраторах новой антенной системы ψn+1n.Figure 4 shows the location of the vibrators of the new antenna system with a minimum base. The diameter of the circle in this case is 50.72 m., The number of vibrators remains equal to 16. The phase distribution on the vibrators of the new antenna system is ψ n + 1n .

С помощью модельных расчетов сравним решения (2) и (4). Будем называть решение (2) методом Фурье, а решение (4) однолучевым методом максимального правдоподобия.Using model calculations, we compare solutions (2) and (4). We will call solution (2) the Fourier method, and solution (4) the single-beam maximum likelihood method.

На фиг.5 показана азимутальная диаграмма направленности, рассчитанная согласно (4) (сплошная линия) при условии двулучевого поля с азимутами 78° и 73° и разностью фаз между лучами 180°. Основной лепесток диаграммы направленности больше по амплитуде, чем боковые лепестки. Пеленг (азимут) определяется правильно. При расчете диаграммы направленности согласно выражению (2) (пунктирная линия на фиг.5) основной лепесток диаграммы направленности подавлен в результате интерференции двух лучей. Боковой лепесток (α~160°) существенно превышает по амплитуде основной лепесток. В результате пеленг будет ~160°.Figure 5 shows the azimuthal radiation pattern calculated according to (4) (solid line) under the condition of a two-beam field with azimuths of 78 ° and 73 ° and a phase difference between the rays of 180 °. The main lobe of the radiation pattern is larger in amplitude than the side lobes. Bearing (azimuth) is determined correctly. When calculating the radiation pattern according to the expression (2) (dashed line in FIG. 5), the main lobe of the radiation pattern is suppressed as a result of interference of two rays. The side lobe (α ~ 160 °) significantly exceeds the main lobe in amplitude. As a result, the bearing will be ~ 160 °.

На фиг.6 показана угломестная диаграмма направленности, полученная методом Фурье (по выражению (2)) и методом максимального правдоподобия (по выражению (4)). Рабочая частота равна 10 МГц (λ=30 м). В результате интерференции двух лучей главный лепесток диаграммы направленности, определенной методом Фурье, оказывается подавленным. В данных условиях угол места будет равен нулю, что неверно. Диаграмма направленности, определенная методом максимального правдоподобия, позволяет определить угол места β=15°. Модельное значение углов места двух лучей равны 10° и 30°, азимут равен 76°, разность фаз 180°.Figure 6 shows the elevation radiation pattern obtained by the Fourier method (by expression (2)) and the maximum likelihood method (by expression (4)). The operating frequency is 10 MHz (λ = 30 m). As a result of the interference of two rays, the main lobe of the radiation pattern determined by the Fourier method is suppressed. Under these conditions, the elevation angle will be zero, which is incorrect. The radiation pattern determined by the maximum likelihood method allows you to determine the elevation angle β = 15 °. The model value of the elevation angles of the two rays is 10 ° and 30 °, the azimuth is 76 °, and the phase difference is 180 °.

На фиг.7 показаны изменения азимутов в зависимости от разности фаз между лучами. Точками отмечены азимуты, полученные методом Фурье(выражение (2)). В области Δφ~180° азимуты сильно отклоняются от истинных значений. Линией показан азимут, полученный методом максимального правдоподобия (выражение (4)). Он равен 76°. Это средний азимут двух лучей, и он практически не имеет зависимости от разности фаз. При изменении соотношения амплитуд этот азимут меняется от значения 78° до значения 73°.Figure 7 shows the changes in azimuths depending on the phase difference between the rays. Dots indicate the azimuths obtained by the Fourier method (expression (2)). In the region Δφ ~ 180 °, the azimuths strongly deviate from the true values. The line shows the azimuth obtained by the maximum likelihood method (expression (4)). It is equal to 76 °. This is the average azimuth of two rays, and it is practically independent of the phase difference. When the amplitude ratio changes, this azimuth changes from 78 ° to 73 °.

На фиг.8 показаны изменения углов места в зависимости от разности фаз двух лучей. Угол места, определенный методом Фурье (точки, выражение (2)) в области 180° разности фаз имеет сильные отклонения. Угол места, определенный методом максимального правдоподобия (выражение (4)) почти не меняется при изменении разности фаз между лучами. Таким образом, новый алгоритм обработки позволяет существенно уменьшить зависимость решения задачи оценки азимутов и углов места от разности фаз в условиях двулучевого приема.On Fig shows the changes in elevation depending on the phase difference of the two rays. The elevation angle determined by the Fourier method (points, expression (2)) in the region of 180 ° of the phase difference has strong deviations. The elevation angle determined by the maximum likelihood method (expression (4)) almost does not change when the phase difference between the rays changes. Thus, the new processing algorithm can significantly reduce the dependence of the solution of the problem of estimating azimuths and elevation angles on the phase difference in the case of two-beam reception.

На фиг.9 показана частотная зависимость азимутов. В модельных расчетах заданы два луча с азимутами 76 и 78 градусов. Добавлена шумовая составляющая. Расчет устойчивых значений азимута проведен в соответствии с выражением (4) (Линия с треугольным маркером (ряд 3)). Расчет азимутов первого и второго лучей проведен в соответствии с выражением (3) (Линия с точками и сплошная линия). Как видно из рисунка устойчивые значения азимутов находятся в пределах азимутов первого и второго лучей. Ложные азимуты не отмечаются во всем частотном диапазоне 2÷30 МГц. Время расчета в соответствии с прототипом составляет около трех часов на ЭВМ типа «Пентиум». Время расчета в соответствие с предлагаемым способом составляет 0.5 с.Figure 9 shows the frequency dependence of azimuths. In the model calculations, two beams with azimuths of 76 and 78 degrees are specified. Added noise component. The calculation of stable azimuth values was carried out in accordance with the expression (4) (Line with a triangular marker (row 3)). The azimuths of the first and second rays were calculated in accordance with expression (3) (Line with dots and solid line). As can be seen from the figure, the stable azimuths are within the azimuths of the first and second rays. False azimuths are not observed in the entire frequency range of 2–30 MHz. The calculation time in accordance with the prototype is about three hours on a Pentium type computer. The calculation time in accordance with the proposed method is 0.5 s.

На фиг.10 показан частотный диапазон изменений устойчивых углов места (линия с треугольными маркерами, ряд 3). В модели сигнала заданы два луча с углами места 30° и 10°. Частотные зависимости оценочных углов места, определенных предлагаемым способом представлены сплошной линией (ряд 1, луч с углом места 10 градусов) и линией с точечными маркерами (ряд 2, луч с углом места 30 градусов). В этих расчетах устойчивые углы места располагаются в области, ограниченной углами места первого и второго лучей. Значительных отклонений углов места не отмечается.Figure 10 shows the frequency range of changes in stable elevation angles (line with triangular markers, row 3). The signal model contains two beams with elevation angles of 30 ° and 10 °. The frequency dependences of the estimated elevation angles determined by the proposed method are represented by a solid line (row 1, a beam with an elevation angle of 10 degrees) and a line with point markers (row 2, a ray with an elevation angle of 30 degrees). In these calculations, stable elevation angles are located in a region bounded by elevation angles of the first and second rays. Significant deviations in elevation angles are not noted.

Предлагаемый способ пеленгации (Фиг.2) осуществляется следующим образом.The proposed method of direction finding (Figure 2) is as follows.

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 на выходе многоканального приемника от каждого вибратора в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (блок 3).3. Convert the analog signals at the output of the multi-channel receiver from each vibrator into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) (block 3).

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

5. Создают алгоритмически новую антенную систему с минимальной базой, вибраторы которой расположены по окружности с радиусом | R ¯ n + 1 R ¯ n |

Figure 00000066
, их местоположение определяется радиус вектором R ¯ n + 1 R ¯ n
Figure 00000067
, а пространственные фазы значениями ψn+1n (блок 5).5. Create an algorithmically new antenna system with a minimum base, the vibrators of which are located in a circle with a radius | | | R ¯ n + one - R ¯ n | | |
Figure 00000066
, their location is determined by the radius of the vector R ¯ n + one - R ¯ n
Figure 00000067
, and the spatial phases with the values ψ n + 1n (block 5).

6. Задают точку в пространстве оценочных азимутов (0÷360°) и углов места (0÷90°) и вычисляют согласно (4) в точке значение двумерной диаграммы направленности по выборке данных и оценочному волновому вектору луча и запоминают значения, (блок 6).6. Set a point in the space of estimated azimuths (0 ÷ 360 °) and elevation angles (0 ÷ 90 °) and calculate according to (4) at the point the value of the two-dimensional radiation pattern from the data sample and the estimated wave vector of the beam and store the values, (block 6 )

7. Повторяют действия (6) с другими значениями параметров из области их определения (0÷360° по азимуту и 0÷90° по углу места) и создают поверхность в двумерном пространстве азимутов и углов места (двумерную диаграмму направленности) (блок 7).7. Repeat steps (6) with other values of the parameters from the domain of their determination (0 ÷ 360 ° in azimuth and 0 ÷ 90 ° in elevation) and create a surface in two-dimensional space of azimuths and elevation angles (two-dimensional radiation pattern) (block 7) .

8. Определяют максимальное значение двумерной диаграммы направленности и фиксируют параметры (блок 8).8. Determine the maximum value of the two-dimensional radiation pattern and fix the parameters (block 8).

9. Задают точку на ограниченной четырехмерной площадке оценочных азимутов и углов места и вычисляют согласно (3) в точке U ^ ( α 1 ' , α 2 ' , β 1 ' , β 2 ' )

Figure 00000068
и переменные α 1 '
Figure 00000069
, α 2 '
Figure 00000070
, β 1 '
Figure 00000071
, β 2 '
Figure 00000072
и значение четырехмерной диаграммы направленности по выборке данных и оценочным волновым векторам двух лучей (блок 9).9. Set a point on a limited four-dimensional platform of estimated azimuths and elevations and calculate according to (3) at U ^ ( α one '' , α 2 '' , β one '' , β 2 '' )
Figure 00000068
and variables α one ''
Figure 00000069
, α 2 ''
Figure 00000070
, β one ''
Figure 00000071
, β 2 ''
Figure 00000072
and the value of the four-dimensional radiation pattern from the data sample and the estimated wave vectors of the two rays (block 9).

10. Повторяют действия (9) с другими значениями параметров и из области их определения (ограниченная четырехмерная площадка) и создают часть поверхности в четырехмерном пространстве азимутов и углов места (четырехмерную диаграмму направленности вблизи максимума) (блок 10).10. Repeat actions (9) with other values of the parameters and from the domain of their determination (limited four-dimensional area) and create a part of the surface in the four-dimensional space of azimuths and elevation angles (four-dimensional radiation pattern near the maximum) (block 10).

11. Определяют максимальное значение четырехмерной диаграммы направленности и фиксируют параметры α01, α02, β01, β02, U ^ 01

Figure 00000073
, U ^ 02
Figure 00000074
(блок 11).11. Determine the maximum value of the four-dimensional radiation pattern and fix the parameters α 01 , α 02 , β 01 , β 02 , U ^ 01
Figure 00000073
, U ^ 02
Figure 00000074
(block 11).

12. Определяют ранг поля (однолучевое или двулучевое) по условию U 01 U 02 3

Figure 00000075
и оставляют решения, удовлетворяющие данному условию (блок 12).12. Determine the rank of the field (single-beam or double-beam) by condition U 01 U 02 3
Figure 00000075
and leave decisions that satisfy this condition (block 12).

Время расчета азимутов и углов места по предлагаемому способу сокращается на пять порядков по сравнению с временем расчета по прототипу. По результатам модельных расчетов технический результат заявляемого способа пеленгации вполне достигается.The calculation of azimuths and elevations according to the proposed method is reduced by five orders of magnitude compared with the calculation time for the prototype. According to the results of model calculations, the technical result of the proposed method of direction finding is quite achieved.

С учетом всего вышеизложенного можно утверждать, что поставленная цель - сокращение времени расчета азимутов и углов места ионосферного сигнала в условиях двулучевого приема за счет предварительной оценки устойчивых значений азимута и угла места вполне достигается с сохранением высоких точностей оценок азимутов и углов места первого и второго лучей.Taking into account all the above, it can be argued that the goal is to reduce the calculation time of azimuths and elevation angles of the ionospheric signal under two-beam reception due to a preliminary assessment of stable azimuth and elevation angles is fully achieved while maintaining high accuracy estimates of azimuths and elevation angles of the first and second rays.

Claims (1)

Способ пеленгации ионосферных сигналов, включающий прием ионосферного сигнала 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 на выходе многоканального приемника в каждом канале в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя, определение амплитуды En и фазы ψn принятого ионосферного сигнала в каждом канале, формирование четырехмерной диаграммы направленности U ^ ( α 1 ' , α 2 ' , β 1 ' , β 2 ' )
Figure 00000068
по двум азимутам α 1 '
Figure 00000069
, α 2 '
Figure 00000070
и двум углам места β 1 '
Figure 00000071
, β 2 '
Figure 00000072
, сканирование четырехмерной диаграммой направленности U ^ ( α 1 ' , α 2 ' , β 1 ' , β 2 ' )
Figure 00000068
по двум азимутам и двум углам места в области их определения ( α 1 ' = 0 360 , β 1 ' = 0 90 , α 2 ' = 0 360 , β 2 ' = 0 90 )
Figure 00000076
, оценку двух азимутов, двух углов места и двух амплитуд U01, U02 принятого ионосферного сигнала по максимальному значению четырехмерной диаграммы направленности U ^ ( α 1 ' , α 2 ' , β 1 ' , β 2 ' )
Figure 00000068
при сканировании, оценку ранга поля по условию U 01 U 02 3
Figure 00000075
и отбор решений, удовлетворяющих этому условию, отличающийся тем, что дополнительно алгоритмически формируют новую антенную систему с минимальной базой | R ¯ n + 1 R ¯ n |
Figure 00000077
, на основании этой антенной системы формируют двумерную диаграмму направленности U ^ ( α y ' , β y ' )
Figure 00000078
в области определения (αy=0-360°, βy=0-90°), устойчивую в условиях интерференции двух лучей ионосферного сигнала, по максимуму двумерной диаграммы направленности оценивают азимут α0y и угол места β0y луча, значения которых слабо зависят от разности фаз между двумя лучами ионосферного сигнала, по полученным значениям азимута α0y и угла места β0y определяют четырехмерную площадку оценочных азимутов α 1 ' = α 0 y ' ± 10
Figure 00000079
, α 2 ' = α 0 y ' ± 10
Figure 00000080
и оценочных углов места β 1 ' = β 0 y ' ± 10
Figure 00000081
, β 2 ' = β y ' ± 10
Figure 00000082
, в пределах которой оценивают азимуты α 1 ' = α 01
Figure 00000083
, α 2 ' = α 02
Figure 00000084
и углы места β 1 ' = β 01
Figure 00000085
, β 2 ' = β 02
Figure 00000086
двух лучей ионосферного сигнала по максимуму четырехмерной диаграммы направленности U ^ ( α 1 ' , β 1 ' , α 2 ' , β 2 ' ) .
Figure 00000087
A method for detecting ionospheric signals, including receiving an ionospheric signal 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, conversion of analog signals at the output of a multi-channel receiver in each channel into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter, determining the amplitude E n and phase ψ n of the received ionospheric signal in each channel, four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , α 2 '' , β one '' , β 2 '' )
Figure 00000068
in two azimuths α one ''
Figure 00000069
, α 2 ''
Figure 00000070
and two corners of the place β one ''
Figure 00000071
, β 2 ''
Figure 00000072
scanning by four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , α 2 '' , β one '' , β 2 '' )
Figure 00000068
two azimuths and two elevation angles in the field of their definition ( α one '' = 0 - 360 , β one '' = 0 - 90 , α 2 '' = 0 - 360 , β 2 '' = 0 - 90 )
Figure 00000076
, estimation of two azimuths, two elevation angles and two amplitudes U 01 , U 02 of the received ionospheric signal from the maximum value of the four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , α 2 '' , β one '' , β 2 '' )
Figure 00000068
when scanning, evaluation of the field rank by condition U 01 U 02 3
Figure 00000075
and selection of solutions that satisfy this condition, characterized in that they additionally algorithmically form a new antenna system with a minimum base | | | R ¯ n + one - R ¯ n | | |
Figure 00000077
, on the basis of this antenna system form a two-dimensional radiation pattern U ^ ( α y '' , β y '' )
Figure 00000078
in the domain of determination (α y = 0-360 °, β y = 0-90 °), stable under the conditions of interference of two rays of the ionospheric signal, the azimuth α 0y and elevation angle β 0y of the beam, the values of which are weakly dependent, are estimated from the maximum of the two-dimensional radiation pattern from the phase difference between the two rays of the ionospheric signal, from the obtained values of the azimuth α 0y and elevation angle β 0y determine the four-dimensional area of the estimated azimuths α one '' = α 0 y '' ± 10
Figure 00000079
, α 2 '' = α 0 y '' ± 10
Figure 00000080
and estimated elevation angles β one '' = β 0 y '' ± 10
Figure 00000081
, β 2 '' = β y '' ± 10
Figure 00000082
within which the azimuths are estimated α one '' = α 01
Figure 00000083
, α 2 '' = α 02
Figure 00000084
and elevation β one '' = β 01
Figure 00000085
, β 2 '' = β 02
Figure 00000086
two rays of the ionospheric signal along the maximum of the four-dimensional radiation pattern U ^ ( α one '' , β one '' , α 2 '' , β 2 '' ) .
Figure 00000087
RU2012145840/07A 2012-10-26 2012-10-26 Ionospheric signal direction-finding method RU2518007C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145840/07A RU2518007C1 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Ionospheric signal direction-finding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145840/07A RU2518007C1 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Ionospheric signal direction-finding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012145840A RU2012145840A (en) 2014-05-10
RU2518007C1 true RU2518007C1 (en) 2014-06-10

Family

ID=50629180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012145840/07A RU2518007C1 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Ionospheric signal direction-finding method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2518007C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114236465B (en) * 2021-11-25 2024-06-04 中国电子科技集团公司第三十八研究所 Search type two-dimensional high-precision amplitude comparison direction finding method and device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313210A (en) * 1993-02-23 1994-05-17 Ball Corporation Polarimetric radar signal mapping process
RU2054690C1 (en) * 1993-02-04 1996-02-20 Александр Николаевич Гонтаренко One-point method of determination of position of electromagnetic radiation source
RU2090903C1 (en) * 1994-07-13 1997-09-20 Институт радиотехники и электроники РАН Method of single-point location of source of atmospherics and device for its implementation
RU2152054C1 (en) * 1999-06-21 2000-06-27 Институт радиотехники и электроники РАН Method for detection of lightning discharge position
US6914553B1 (en) * 2004-11-09 2005-07-05 Harris Corporation Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the Faraday rotation, and associated methods
WO2006075992A2 (en) * 2004-04-05 2006-07-20 Sri International Method and system for multiple target class data recording, processing and display for over-the-horizon radar
JP2006266858A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Railway Technical Res Inst Method for evaluating disaster occurrence risk in hard sedimentary rock area
RU2005121771A (en) * 2005-07-11 2007-01-20 Российский государственный университет им. Иммануила Канта (РГУ им. И. Канта) (RU) METHOD FOR DETECTING IONOSPHERIC SIGNALS
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

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054690C1 (en) * 1993-02-04 1996-02-20 Александр Николаевич Гонтаренко One-point method of determination of position of electromagnetic radiation source
US5313210A (en) * 1993-02-23 1994-05-17 Ball Corporation Polarimetric radar signal mapping process
RU2090903C1 (en) * 1994-07-13 1997-09-20 Институт радиотехники и электроники РАН Method of single-point location of source of atmospherics and device for its implementation
RU2152054C1 (en) * 1999-06-21 2000-06-27 Институт радиотехники и электроники РАН Method for detection of lightning discharge position
WO2006075992A2 (en) * 2004-04-05 2006-07-20 Sri International Method and system for multiple target class data recording, processing and display for over-the-horizon radar
US6914553B1 (en) * 2004-11-09 2005-07-05 Harris Corporation Synthetic aperture radar (SAR) compensating for ionospheric distortion based upon measurement of the Faraday rotation, and associated methods
JP2006266858A (en) * 2005-03-24 2006-10-05 Railway Technical Res Inst Method for evaluating disaster occurrence risk in hard sedimentary rock area
RU2005121771A (en) * 2005-07-11 2007-01-20 Российский государственный университет им. Иммануила Канта (РГУ им. И. Канта) (RU) METHOD FOR DETECTING IONOSPHERIC SIGNALS
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012145840A (en) 2014-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109283536A (en) A kind of multibeam echosounding sonar water body imaging beam formation algorithm
JP2009244254A (en) System and method for monitoring river flow parameters using vhf/uhf radar station
CN104155648A (en) High-frequency ground-wave radar single-time snapshot MUSIC direction detecting method based on array data rearrangement
JP4794613B2 (en) Signal wave arrival angle measurement device
Llort-Pujol et al. Advanced interferometric techniques for high-resolution bathymetry
Chau et al. Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach
RU2380719C2 (en) Method for location finding of radiation sources at one frequency
RU2529355C2 (en) Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities
CN113064147A (en) Novel matching field passive positioning method under low signal-to-noise ratio
RU2305294C2 (en) Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams
RU2393498C2 (en) Method of polarisation sensitive radio signal direction finding (versions)
US11977152B2 (en) Direction finding technique in radar array signal processing
CN115436896A (en) Rapid radar single-snapshot MUSIC angle measurement method
CN111142063A (en) Quick compressed sensing low-altitude target angle measurement method based on dimension reduction optimization
Chen et al. Altitude measurement based on beam split and frequency diversity in VHF radar
RU2518007C1 (en) Ionospheric signal direction-finding method
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2496118C2 (en) Method of identifying radio signals of controlled object and determining position of source
RU2711341C1 (en) Two-dimensional direction finding method
RU2284043C1 (en) Method for calibrating computerized interferometer systems on moveable platforms
Gomez et al. HF Radar Validation and Accuracy Analysis using Baseline Comparison Approach in the Sunda Strait
RU2567850C1 (en) Aerial object direction finding method
RU2294546C2 (en) Method for identification of radio-radiation
RU2405166C2 (en) Method for determining location of transmitter with portable position finder
Tian et al. Quality control of compact high-frequency radar-retrieved wave data

Legal Events

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

Effective date: 20171027