RU2518013C1 - Method of estimating angular parameters of ionospheric signals - Google Patents
Method of estimating angular parameters of ionospheric signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518013C1 RU2518013C1 RU2012153277/07A RU2012153277A RU2518013C1 RU 2518013 C1 RU2518013 C1 RU 2518013C1 RU 2012153277/07 A RU2012153277/07 A RU 2012153277/07A RU 2012153277 A RU2012153277 A RU 2012153277A RU 2518013 C1 RU2518013 C1 RU 2518013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ionospheric
- rays
- antenna system
- channel
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области пеленгации, и может быть использовано для измерения азимутов и углов места ионосферных сигналов в условиях приема нескольких интерферирующих лучей, в том числе при малых углах места. При приеме ионосферных сигналов в точку приема, как правило, приходят несколько лучей (1÷4), отраженных от разных слоев ионосферы, с азимутами, находящимися в области главного лепестка диаграммы направленности (Δα~5÷10 градусов). Вследствие интерференции суммарный главный лепесток диаграммы направленности антенной системы, состоящий из суммы диаграмм направленности отдельных лучей, существенно меняется, часто создавая ложные азимуты (пеленги), отличающиеся от истинных азимутов (пеленгов) на десятки градусов. В результате достоверность оценок азимутов, а также углов места ионосферных сигналов оказывается низкой. Кроме того, при пеленгации ионосферных сигналов существует проблема малых углов места. При приеме ионосферных сигналов на расстояниях более 2000 км угол места β оказывается в области значений от 0° до 15÷20°. В этих условиях пространственная база для определения угла места L=Rsin(β) становится малой и значительно возрастает дисперсия измеряемых углов места. Задачей пеленгации ионосферных сигналов является определение координат источника излучения. В связи с этим в способе пеленгации необходимо решение задачи выделения лучевой структуры сигнала и определение, по измеренной лучевой структуре, координат излучателя. При этом важна информация как об азимутах, так и об углах места многолучевого ионосферного сигнала.The invention relates to radio engineering, and in particular to the field of direction finding, and can be used to measure azimuths and elevation angles of ionospheric signals under conditions of receiving several interfering rays, including at low elevation angles. When receiving ionospheric signals, as a rule, several rays (1 ÷ 4), reflected from different layers of the ionosphere, come with the azimuths located in the region of the main lobe of the radiation pattern (Δα ~ 5 ÷ 10 degrees). Due to interference, the total main lobe of the antenna system's radiation pattern, consisting of the sum of the radiation patterns of individual beams, changes significantly, often creating false azimuths (bearings) that differ from true azimuths (bearings) by tens of degrees. As a result, the reliability of estimates of azimuths, as well as elevation angles of ionospheric signals is low. In addition, in the direction finding of ionospheric signals there is a problem of small elevation angles. When receiving ionospheric signals at distances of more than 2000 km, the elevation angle β is in the range from 0 ° to 15 ÷ 20 °. Under these conditions, the spatial base for determining the elevation angle L = Rsin (β) becomes small and the variance of the measured elevation angles increases significantly. The task of direction finding of ionospheric signals is to determine the coordinates of the radiation source. In this regard, in the direction finding method, it is necessary to solve the problem of isolating the beam structure of the signal and determining, according to the measured beam structure, the coordinates of the emitter. In this case, information on both azimuths and elevation angles of the multipath ionospheric signal is important.
Известны фазовые способы измерения азимута и угла места (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 только фазовая информации. Однозначное определение фазы волны на вибраторах возможно на интервале 0÷360°. Это требует малого, по сравнению с длиной волны, пространственного разнесения вибраторов
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 (формирование диаграммы направленности). 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 (beamforming). 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):
где:Where:
,
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
где черта сверху означает суммирование по индексу «n».where the bar above means summation over the index "n".
Недостатком вышеуказанных способов, связанных с оценкой углов места по максимуму диаграммы направленности антенной системы, является неустойчивость решения при наличии многолучевой интерференции при разности фаз между лучами ~180°. При приеме двух или нескольких 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 по величине, 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 2R≥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. Расположение вибраторов антенной системы на поверхности земли (на плоскости) не может решить проблему малых углов при пеленгации ионосферных сигналов.The disadvantage of the above methods associated with estimating elevation angles from the maximum radiation pattern of the antenna system is the instability of the solution in the presence of multipath interference with a phase difference between the rays of ~ 180 °. When two or more 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 in magnitude 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 accuracy requirements for bearing measurement in the low-frequency part of the range (3 ÷ 4 MHz) determine the base of the antenna system 2R≥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. The location of the antenna system vibrators on the surface of the earth (on the plane) cannot solve the problem of small angles during direction finding of ionospheric signals.
Известны способы определения азимута и угла места (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 или нескольких интерферирующих лучей могут возникать ложные пеленги, что значительно снижает достоверность оценок азимутов и углов места ионосферных сигналов. Расположение вибраторов антенной системы на поверхности земли (в плоскости) не может решить проблему малых углов при пеленгации ионосферных сигналов данным способом пеленгации.Known methods for determining the azimuth and elevation (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 or more interfering rays, false bearings may occur, which significantly reduces the reliability of estimates of azimuths and elevation angles of ionospheric signals. The location of the antenna system vibrators on the surface of the earth (in the plane) cannot solve the problem of small angles during direction finding of ionospheric signals by this direction finding method.
Известны способы оценки азимутов и углов места (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, наличие ложных пеленгов при приеме двух или нескольких близких по азимуту лучей ионосферного сигнала, невозможность решения проблемы малых углов места.Known methods for evaluating azimuths and elevation angles (direction finding), in which the antenna system 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 are low noise immunity, due to the lack of statistical processing of data, the presence of false bearings when receiving two or more close in azimuth rays of the ionospheric signal, the inability to solve the problem of small elevation angles.
Наиболее близким (прототип) к предлагаемому способу оценки угловых параметров 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 for evaluating the angular parameters when receiving multipath ionospheric signals is the "Direction finding method 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 системы, 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 выходах 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
гдеWhere
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
Недостатком способа пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами (прототипа) 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 (
Блок-схема технической реализации данного способа пеленгации (прототипа) представлена на фиг.1. Согласно способу пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи между лучами последовательность действий следующая.The block diagram of the technical implementation 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,1. Receive signals using a circular antenna system,
состоящей из N вибраторов
2. С помощью многоканального приемника преобразуют сигналы от каждой антенны (в каждом канале) по частоте, усиливают и фильтруют (блок 2).2. Using a multi-channel receiver, the signals from each antenna (in each channel) 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 каждого4. Determine the amplitudes E n and phase ψ n of the signals from each
вибратора (в каждом канале), например, с помощью временного преобразования Фурье (блок 4).a vibrator (in each channel), for example, using a temporary Fourier transform (block 4).
5.Задают точку в пространстве оценочных азимутов
6. Повторяют действия (5) с другими значениями параметров
7. Определяют максимальное значение четырехмерной диаграммы направленности и фиксируют параметры
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 «Способ оценки угловых параметров ионосферных сигналов» (технический результат) является:The aim of the invention “Method for assessing the angular parameters of ionospheric signals” (technical result) is:
- расширение возможностей «Способа пеленгации с учетом корреляционной взаимосвязи» на случай приема М лучей (М=1÷4 и более),- expanding the capabilities of the "Method of direction finding taking into account the correlation relationship" in the case of receiving M rays (M = 1 ÷ 4 or more),
- решение проблемы малых углов места при пеленгации ионосферных сигналов,- solving the problem of small elevation angles during direction finding of ionospheric signals,
- сокращение времени расчета угловых параметров многолучевого ионосферного сигнала.- reducing the calculation time of the angular parameters of the multipath ionospheric signal.
Технический результат достигается тем, что круговую антенную систему, расположенную на поверхности земли, дополняют линейной системой вибраторов, расположенных вдоль вертикали к поверхности земли (например, 5 вибраторов с интервалом между вибраторами 10 м). С помощью сформированной таким образом антенной системы (трехмерная антенная система), многоканального приемника, многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и временного преобразования Фурье формируют пространственно-временной массив комплексных данных
гдеWhere
А - корреляционная матрица с элементами
m=1÷M, p=1÷M, n=1÷N, черта сверху означает суммирование по индексу n.
Формируют полином
Где
Определяют элементы импульсных последовательностей М фильтров для выделения отдельных однолучевых полей
Выделяют (фильтруют) однолучевые m поля
Формируют диаграммы направленности для выделенных М лучей ионосферного сигнала с помощью пространственного преобразования Фурье, сканируют ими по азимуту и углу места и по максимумам углового спектра оценивают азимуты, углы места и амплитуды лучей ионосферного сигнала
Существенные отличия предлагаемого способа пеленгации от прототипа следующие.Significant differences of the proposed method of direction finding from the prototype are as follows.
- Вместо плоской (двумерной) антенной системы (прототип) создается трехмерная антенная система, с помощью которой решается проблема малых углов места при пеленгации ионосферных сигналов.- Instead of a flat (two-dimensional) antenna system (prototype), a three-dimensional antenna system is created, with the help of which the problem of small elevation angles during direction finding of ionospheric signals is solved.
- 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 10 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 (10 data slices) and the most optimal joint spatio-temporal data processing is carried out.
- Определяются элементы М импульсных последовательностей фильтров для выделения М однолучевых полей из суммы полей ионосферного сигнала и выделяются (фильтруются) однолучевые поля ионосферного сигнала.- Elements of the M pulse filter sequences are determined to extract M single-beam fields from the sum of the fields of the ionospheric signal and single-beam fields of the ionospheric signal are selected (filtered).
- Вместо оценок параметров лучей по максимуму четырехмерной диаграммы направленности в прототипе, в предлагаемом способе пеленгации производятся оценки параметров лучей ионосферного сигнала по максимумам двумерных диаграмм направленностей выделенных М полей ионосферного сигнала.- Instead of evaluating the parameters of the rays at the maximum of the four-dimensional radiation pattern in the prototype, in the proposed method of direction finding, the parameters of the rays of the ionospheric signal are estimated from the maxima of the two-dimensional radiation patterns of the selected M fields of the ionospheric signal.
Обоснованием предлагаемого способа оценки угловых параметров ионосферных сигналов является следующее.The rationale for the proposed method for estimating the angular parameters of ionospheric signals is as follows.
Запишем сигнал на n вибраторе и в m точке по времени
где
tm - время отсчетов напряженности поля (m меняется в пределах от 1 до М+1, Р=М - количество лучей в ионосферном сигнале,t m is the time of reading the field strength (m varies from 1 to M + 1, P = M is the number of rays in the ionospheric signal,
ωp - доплеровский сдвиг частоты р луча ионосферного сигнала.ω p - Doppler frequency shift p of the beam of the ionospheric signal.
Элементарные вибраторы антенной системы располагаются по окружности радиуса R и вдоль вертикали к поверхности земли Z.Elementary vibrators of the antenna system are located around a circle of radius R and along the vertical to the surface of the earth Z.
Используя временную последовательность данных, исключим переменные, описывающие поля Р-1 лучей (
Неопределенные коэффициенты
Объединяя (7) и (8) и переобозначив коэффициенты, получимCombining (7) and (8) and re-designating the coefficients, we obtain
Взаимосвязь коэффициентов
Используя выражение (9) запишем функционал правдоподобия в видеUsing expression (9), we write the likelihood functional in the form
Дифференцируя выражение (11) по коэффициентам
гдеWhere
m=1÷M, p=1÷M, n=1÷N, черта сверху означает суммирование по индексу n,
Решая векторное уравнение (4), можно получить значения коэффициентов
Корни полинома М степени дают М решений
Для каждого однолучевого поля, выполняя пространственное преобразование Фурье, можно получить диаграмму направленности.For each single-beam field, by performing the spatial Fourier transform, one can obtain a radiation pattern.
По максимумам диаграмм направленности определяют значения азимутов αm, углов места βm и амплитуд
Дисперсия азимута Dα и дисперсия углов места Dβ для однолучевого поля (дисперсия Рао-Крамера) при трехмерной антенной системе определяются выражениями.The azimuth dispersion D α and the dispersion of elevation angles D β for a single-beam field (Rao-Cramer dispersion) with a three-dimensional antenna system are determined by the expressions.
где σ2 - дисперсия шума,where σ 2 is the dispersion of noise,
K0=2π/λ - волновое число, λ - длина волны,K 0 = 2π / λ is the wave number, λ is the wavelength,
R -радиус антенной системы,R is the radius of the antenna system,
Z - координата, перпендикулярная поверхности земли,Z is the coordinate perpendicular to the surface of the earth,
N, M1 - количество вибраторов на окружности радиуса R и вдоль координаты Z.N, M1 - the number of vibrators on a circle of radius R and along the coordinate Z.
Дисперсия азимута определяется только вибраторами, расположенными по окружности на земле (N). Дисперсия угла места зависит как от горизонтальной пространственной базы, так и от вертикальной базы антенной системы. При β=0 дисперсия угла места определяется выражениемThe azimuth dispersion is determined only by vibrators located on a circle on the ground (N). The dispersion of the elevation angle depends on both the horizontal spatial base and the vertical base of the antenna system. At β = 0, the variance of the elevation angle is determined by the expression
Таким образом, дисперсия угла места зависит от новой пространственной базы:Thus, the variance of the elevation angle depends on the new spatial base:
Эта база не обращается в нулевое значение при значении β, стремящемся к нулю. Следовательно, дисперсия трехмерной антенной системы не будет увеличиваться при приближении β к нулю. Задача малых углов места при пеленгации ионосферных сигналов оказывается решенной.This base does not vanish at a value of β tending to zero. Therefore, the dispersion of the three-dimensional antenna system will not increase as β approaches zero. The problem of small elevation angles during direction finding of ionospheric signals is solved.
Сущность предлагаемого способа оценки угловых параметров ионосферных сигналов поясняется следующими рисунками и диаграммами.The essence of the proposed method for estimating the angular parameters of ionospheric signals is illustrated by the following figures and diagrams.
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 «Способ оценки угловых параметров ионосферного сигнала». По сравнению с прототипом второй, третий, четвертый блоки идентичны блокам прототипа, вместо 1,5÷8 блоков прототипа предлагаются действия новых блоков 1,5÷12. С помощью этих блоков формируется пространственно-временной массив, создаются корреляционная матрица и правый вектор-столбец векторного уравнения. При решении векторного уравнения находятся значения коэффициентов, формируется полином и находятся его корни. Это дает возможность определить элементы импульсной последовательности фильтров и выделить (отфильтровать) однолучевые поля. Определяются диаграммы направленности для отдельных лучей, и по максимумам диаграмм направленностей оцениваются амплитуды и угловые характеристики.Figure 2 presents the structural diagram of the device with which the proposed method "Method for assessing the angular parameters of the ionospheric signal" is implemented. Compared with the prototype, the second, third, fourth blocks are identical to the blocks of the prototype, instead of 1.5 ÷ 8 blocks of the prototype, the actions of the new blocks of 1.5 ÷ 12 are proposed. Using these blocks, a spatio-temporal array is formed, a correlation matrix and the right column vector of the vector equation are created. When solving the vector equation, the coefficients are found, the polynomial is formed and its roots are found. This makes it possible to determine the elements of the pulse sequence of filters and to select (filter) single-beam fields. The radiation patterns for individual rays are determined, and the amplitudes and angular characteristics are estimated from the maxima of the radiation patterns.
На фиг.3 показано расположение антенн на поверхности земли, составляющих круговую антенную систему (16 вибраторов), дополненную вертикальной линейкой вибраторов (5 вибраторов, установленных через интервал 10 м) «Круг-Z». Радиус антенной системы равен 65 м.Figure 3 shows the location of the antennas on the surface of the earth that make up a circular antenna system (16 vibrators), supplemented by a vertical line of vibrators (5 vibrators installed over an interval of 10 m) "Circle-Z". The radius of the antenna system is 65 m.
На фиг.4 показаны угломестные диаграммы направленности антенной системы «Круг-Z» на частоте 10 МГц (линия 2), на частоте 15 МГц (линия 1) и угломестная диаграмма направленности плоской круговой антенной системы на частоте 10 МГц (линия 3). В области малых значений углов места плоская антенная система не имеет четко выраженного максимума, а следовательно, углы места определяются с большими погрешностями. Так, например, если плоская волна приходит под углом места 10°, тогда антенная система "Круг-Z" имеет максимум диаграммы направленности при β=10°. В то же время диаграмма направленности плоской антенной системы "Круг" имеет плоскую вершину от 0° до 20°. Это и приводит к проблеме малых углов при приеме ионосферных сигналов.Figure 4 shows the elevation radiation patterns of the Circle-Z antenna system at a frequency of 10 MHz (line 2), at a frequency of 15 MHz (line 1) and the elevation radiation patterns of a flat circular antenna system at a frequency of 10 MHz (line 3). In the region of small elevation angles, the flat antenna system does not have a clearly defined maximum, and therefore, elevation angles are determined with large errors. So, for example, if a plane wave arrives at an elevation angle of 10 °, then the Circle-Z antenna system has a maximum radiation pattern at β = 10 °. At the same time, the directional pattern of a flat antenna system "Circle" has a flat top from 0 ° to 20 °. This leads to the problem of small angles when receiving ionospheric signals.
На фиг.5 показана дисперсия углов места антенной системы «Круг -Z» в зависимости от углов места плоской волны. Сплошная линия представляет расчет дисперсии углов места по выражению (13). Точками отмечены дисперсии углов места, полученных при ее оценке по 50-ти расчетам. Таким образом, добавление к плоской антенной системе типа "Круг" линейки вибраторов на высотах от 0 до 40 м вполне решает проблему малых углов при приеме ионосферных сигналов.Figure 5 shows the variance of the elevation angles of the antenna system "Circle-Z" depending on the elevation angles of a plane wave. The solid line represents the calculation of the variance of elevation angles using expression (13). The dots indicate the variances of elevation angles obtained when evaluating it from 50 calculations. Thus, the addition of a line of vibrators to altitudes from 0 to 40 m to a flat antenna of the “Circle” type completely solves the problem of small angles when receiving ionospheric signals.
На фиг.6 показаны углы места многолучевого ионосферного сигнала, полученные с помощью восьмиканального пеленгатора, работающего по алгоритму предлагаемого способа пеленгации. С помощью пеленгатора ведется прием сигналов радиостанцией «Би-Би-Си» (Англия). f=6,02 МГц. 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 6 shows the elevation angles of a multipath ionospheric signal obtained using an eight-channel direction finder, operating according to the algorithm of the proposed method of direction finding. Using the direction finder, signals are received by the BBC radio station (England). f = 6.02 MHz. 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.
Структурная схема устройства, в котором реализуется способ оценки угловых параметров ионосферных сигналов, представлена на фиг.2.The structural diagram of the device, which implements a method for estimating the angular parameters of ionospheric signals, is presented in figure 2.
Согласно предлагаемому способу последовательность действий следующая (фиг.2).According to the proposed method, the sequence of actions is as follows (figure 2).
1. Принимают ионосферный сигнал с помощью круговой антенной системы, дополненной вертикальной по отношению к поверхности земли линейкой вибраторов. Создают трехмерную антенную систему (блок 1).1. Receive the ionospheric signal using a circular antenna system, complemented by a vertical line of vibrators with respect to the earth's surface. Create a three-dimensional antenna system (block 1).
2. Преобразуют сигналы в каждом канале (от каждого вибратора) по частоте, усиливают и фильтруют с помощью многоканального приемника (блок 2).2. Convert the signals in each channel (from each vibrator) in frequency, amplify and filter using a multi-channel receiver (block 2).
3. Преобразуют аналоговые сигналы на выходах многоканального приемника 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 into digital form using a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) (block 3).
4. Получают частотный спектр сигнала в N каналах с помощью преобразования Фурье. Формируют пространственный массив комплексных данных
5. Формируют пространственно-временной массив данных
6. Формируют корреляционную матрицу
7. Определяют коэффициенты
8. Формируют полином
9. Определяют элементы импульсных последовательностей фильтров
k=1÷M (блок 9).k = 1 ÷ M (block 9).
10. Выделяют (фильтруют) однолучевые поля
11. Формируют для каждого выделенного поля
12. Оценивают азимуты
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153277/07A RU2518013C1 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of estimating angular parameters of ionospheric signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153277/07A RU2518013C1 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of estimating angular parameters of ionospheric signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2518013C1 true RU2518013C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012153277/07A RU2518013C1 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of estimating angular parameters of ionospheric signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518013C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113671536A (en) * | 2021-08-17 | 2021-11-19 | 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) | Channel simulator-based ionized layer CT simulation system and method for three-frequency beacon receiver chain |
Citations (9)
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 |
-
2012
- 2012-12-10 RU RU2012153277/07A patent/RU2518013C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
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 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113671536A (en) * | 2021-08-17 | 2021-11-19 | 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) | Channel simulator-based ionized layer CT simulation system and method for three-frequency beacon receiver chain |
CN113671536B (en) * | 2021-08-17 | 2024-04-09 | 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) | Three-frequency beacon receiver station chain ionosphere CT simulation system and simulation method based on channel simulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10637520B2 (en) | Devices and methods using the hermetic transform | |
US5990834A (en) | Radar angle determination with music direction finding | |
JP5460066B2 (en) | System and method for monitoring river flow parameters using a VHF / UHF radar station | |
RU2624449C1 (en) | Method of polarisation deprecition of radiosignals | |
US20190383930A1 (en) | Method and device for radar determination of the coordinates and speed of objects | |
CN103017728B (en) | Method for determining direction vector of antenna array in interference environment | |
CN110837074A (en) | Multi-common-frequency information source phase interferometer direction finding method based on digital beam forming | |
Chau et al. | Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach | |
Manokhin et al. | MUSIC-based algorithm for range-azimuth FMCW radar data processing without estimating number of targets | |
CN108828504B (en) | MIMO radar target direction fast estimation method based on partial correlation waveform | |
RU2393498C2 (en) | Method of polarisation sensitive radio signal direction finding (versions) | |
RU2515179C1 (en) | Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions | |
Kikuchi et al. | Application of adaptive digital beamforming to Osaka University phased array weather radar | |
RU2305294C2 (en) | Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams | |
Ulrich et al. | Multi-carrier MIMO radar: A concept of sparse array for improved DOA estimation | |
RU2491569C2 (en) | Method of direction finding with increased resolution ability | |
RU2518013C1 (en) | Method of estimating angular parameters of ionospheric signals | |
RU2593595C1 (en) | Method of measuring angular coordinates in nonlinear radar | |
Nai et al. | Adaptive beamspace processing for phased-array weather radars | |
Haynes et al. | Surface clutter discrimination analysis for radar sounding interferometry | |
RU2516688C1 (en) | Method of finding direction of ionospheric signals in beam interference conditions | |
JP2004336390A (en) | Adaptive array and positioning device | |
RU2316786C1 (en) | Mode of observation over the surface and air situation on a multi-channel radar basis | |
RU2518007C1 (en) | Ionospheric signal direction-finding method | |
Chen et al. | Calibration and evaluation of a circular antenna array for HF radar based on AIS information |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171211 |