RU2546330C1 - Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects - Google Patents

Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects Download PDF

Info

Publication number
RU2546330C1
RU2546330C1 RU2014105482/07A RU2014105482A RU2546330C1 RU 2546330 C1 RU2546330 C1 RU 2546330C1 RU 2014105482/07 A RU2014105482/07 A RU 2014105482/07A RU 2014105482 A RU2014105482 A RU 2014105482A RU 2546330 C1 RU2546330 C1 RU 2546330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
scattered
signals
component
direct
Prior art date
Application number
RU2014105482/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Чернятьев
Яков Аронович Рейзенкинд
Валерий Николаевич Шевченко
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ)
Акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (АО "КБ "Связь")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ), Акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (АО "КБ "Связь") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральная служба охраны Российской Федерации (ФСО РФ)
Priority to RU2014105482/07A priority Critical patent/RU2546330C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546330C1 publication Critical patent/RU2546330C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method is carried out using novel operations for useful radio signal feedback adaptive processing, which increase sensitivity and the dynamic range when forming horizontal and vertical polarisation components of a two-component complex frequency-time image of radio signals scattered by objects in the analysed region of Doppler frequencies and time delays.
EFFECT: high probability of detecting remote and weakly scattering objects.
3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.The invention relates to radio engineering and can be used in monitoring systems of air, land and sea space using direct and scattered by mobile objects radio signals emitted by many uncontrolled and controlled transmitters of electronic systems for various purposes.

Технология скрытного обнаружения и слежения за объектами, использующая естественный радиоподсвет целей, создаваемый на множестве частот радиоизлучениями передатчиков различного назначения: широковещательные (УКВ FM-радиовещание, ДМВ цифровое телевидение), информационные (связь) и измерительные (управление, навигация), пока еще не получила достаточного распространения, несмотря на то, что может существенно повысить эффективность обнаружения, пространственной локализации и идентификации широкого класса подвижных объектов.The technology of secretive detection and tracking of objects using natural radio illumination of targets created at a variety of frequencies by radio emissions from transmitters for various purposes: broadcast (VHF FM broadcasting, UHF digital television), information (communication) and measuring (control, navigation), have not yet received sufficient distribution, despite the fact that it can significantly increase the efficiency of detection, spatial localization and identification of a wide class of moving objects.

Принятый радиосигнал, как правило, включает мощные прямые радиосигналы и рассеянные от земной инфраструктуры компоненты сигнала выбранного передатчика радиоподсвета целей. Кроме того, он содержит задержанные по времени и сдвинутые на частоту доплеровского смещения рассеянные объектами сигналы, а также сигналы других неконтролируемых источников, работающих на частоте, совпадающей с частотой приема. Для эффективного обнаружения и точной пространственной локализации широкого класса объектов (автомобили, корабли, самолеты и беспилотные летательные аппараты, вертолеты, ракеты, спускаемые аппараты) необходимо качественное выделение слабых рассеянных от объектов радиосигналов на фоне мощного прямого сигнала выбранного передатчика радиоподсвета, а также на фоне сигналов других нежелательных источников. В наиболее типичных ситуациях уровень помех на 40-60 дБ превышает уровень рассеянных сигналов.The received radio signal, as a rule, includes powerful direct radio signals and the signal components of the selected target radio illumination transmitter scattered from the earth's infrastructure. In addition, it contains time-delayed and shifted by the frequency of the Doppler shift signals scattered by objects, as well as signals of other uncontrolled sources operating at a frequency that matches the frequency of reception. For effective detection and accurate spatial localization of a wide class of objects (cars, ships, planes and unmanned aerial vehicles, helicopters, rockets, descent vehicles), high-quality selection of weak radio signals scattered from objects against the background of a powerful direct signal of the selected radio backlight transmitter, as well as against the background of signals other unwanted sources. In most typical situations, the noise level is 40-60 dB higher than the level of scattered signals.

Системы скрытной радиолокации включают канал приема прямого сигнала передатчика подсвета и разведывательный канал.Covert radar systems include a direct signal reception channel for the backlight transmitter and a reconnaissance channel.

Традиционно в системах скрытной радиолокации частичное подавление помехи в виде прямого сигнала передатчика подсвета осуществляется за счет минимизации боковых лепестков, формирования нуля в диаграмме направленности антенны или адаптивной пространственной фильтрации полезных сигналов в разведывательном канале.Traditionally, in stealth radar systems, partial suppression of interference in the form of a direct signal from the backlight transmitter is achieved by minimizing side lobes, generating zero in the antenna radiation pattern, or adaptive spatial filtering of useful signals in the reconnaissance channel.

Дополнительное подавление прямого сигнала может быть достигнуто за счет использования в разведывательном канале антенны с поляризацией, ортогональной к поляризации радиосигнала передатчика подсвета.Additional suppression of the direct signal can be achieved by using an antenna with a polarization orthogonal to the polarization of the radio signal of the backlight transmitter in the reconnaissance channel.

Однако лучшие характеристики систем скрытной радиолокации могут быть достигнуты при использовании двух разведывательных каналов с ортогональными поляризациями. Это обусловлено тем, что рассеянный целью сигнал, как правило, имеет случайную поляризацию. Как следствие, некогерентное суммирование изображений в координатах «временная задержка (дальность) - доплеровская частота (скорость)», формируемых с использованием радиосигналов двух ортогональных поляризаций, обеспечивает увеличение среднего отношения сигнал/шум по сравнению с использованием единственной фиксированной поляризации. Кроме того, это повышает устойчивость процедуры обнаружения к канальным и межканальным помехам, как правило, имеющим отличную от полезного сигнала поляризацию.However, the best characteristics of stealth radar systems can be achieved by using two reconnaissance channels with orthogonal polarizations. This is due to the fact that the signal scattered by the target, as a rule, has random polarization. As a result, incoherent summation of images in the coordinates “time delay (range) - Doppler frequency (speed)”, formed using radio signals of two orthogonal polarizations, provides an increase in the average signal-to-noise ratio compared to using a single fixed polarization. In addition, this increases the stability of the detection procedure to channel and inter-channel interference, as a rule, having a different polarization from the useful signal.

Известен способ поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов [1], включающий прием рассеянных подвижными объектами радиосигналов неизвестной поляризации малобазовой антенной решеткой, состоящей из ортогонально расположенных антенн с совмещенными фазовыми центрами, формирование ансамбля радиосигналов, зависящего от времени и номера антенны, синхронное преобразование ансамбля принятых радиосигналов в цифровые сигналы, преобразование цифровых сигналов пар противоположных антенн в комплексные квадратурные составляющие дипольного и квадрупольного выходных сигналов, определение наличия рассеянных подвижными объектами радиосигналов и направлений их прихода по сигналам квадратурных составляющих дипольного и квадрупольного выходных сигналов.A known method of polarization-sensitive radio monitoring of moving objects [1], including the reception of radio signals scattered by moving objects of unknown polarization by a low-base antenna array consisting of orthogonally located antennas with combined phase centers, the formation of an ensemble of radio signals depending on the time and antenna number, synchronous conversion of the ensemble radio signals received into digital signals, the conversion of digital signals of pairs of opposite antennas into complex quadrature compositions -governing the dipole and quadrupole output signals, detect moving objects scattered radio signals and their arrival directions of signals of the quadrature components of the dipole and quadrupole output signals.

Данный способ обеспечивает повышенную устойчивость обнаружения и пространственной локализации к поляризационным ошибкам. Однако этот способ относится к классу способов малобазового пеленгования, что является принципиальным ограничением на пути достижения потенциально возможных точностей пространственной локализации подвижных объектов.This method provides increased detection stability and spatial localization to polarization errors. However, this method belongs to the class of low-base direction finding methods, which is a fundamental limitation on the path to achieving the potential accuracy of spatial localization of moving objects.

Известен способ поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов [2], свободный от этих недостатков и принятый за прототип. Согласно этому способу:A known method of polarization-sensitive radio monitoring of moving objects [2], free from these shortcomings and adopted as a prototype. According to this method:

используют прямые и рассеянные подвижными объектами радиосигналы, излучаемые широкополосными передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения;use direct and scattered by mobile objects radio signals emitted by broadband transmitters of various electronic systems;

принимают решеткой из N антенн компоненты горизонтальной и вертикальной поляризации векторного многолучевого электромагнитного поля прямого и рассеянных радиосигналов;receive a lattice of N antennas components of horizontal and vertical polarization of the vector multipath electromagnetic field of direct and scattered radio signals;

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

цифровые сигналы преобразуют в двухкомпонентные прямые s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]

Figure 00000001
и рассеянные s = [ s h s v ]
Figure 00000002
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема, где h и v - индексы компонент горизонтальной и вертикальной поляризации, которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают;digital signals are converted into two-component direct s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]
Figure 00000001
and scattered s = [ s h s v ]
Figure 00000002
signals for the selected azimuthal elevation directions of reception, where h and v are the indices of the components of horizontal and vertical polarization, which together with the value of the azimuthal elevation direction of reception are stored;

вычисляют и сравнивают энергию компонент s ˜ h 2

Figure 00000003
и s ˜ v 2
Figure 00000004
прямого сигнала;calculate and compare component energy s ˜ h 2
Figure 00000003
and s ˜ v 2
Figure 00000004
direct signal;

выбирают компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v

Figure 00000005
;choose the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000005
;

преобразуют компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v

Figure 00000006
в матричный сигнал комплексной фазирующей функции A, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые каждым потенциальным объектом;convert the direct signal component with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000006
in the matrix signal of the complex phasing function A, including hypothetical signals scattered by each potential object;

для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный сигнал s в сигналы компонент комплексного частотно-временного изображения hh=(AHA)-1AHsh и hv=(AHA)-1AHsv, где AH - матрица, эрмитово сопряженная с A;for each selected azimuthal elevation direction, the scattered signal s is converted into the signals of the components of the complex time-frequency image h h = (A H A) -1 A H s h and h v = (A H A) -1 A H s v , where A H is a Hermitian conjugate matrix with A;

после чего по локальным максимумам суммы квадратов модулей элементов компонент комплексного частотно-временного изображения | h z h | 2 + | h z v | 2

Figure 00000007
, где h z h
Figure 00000008
и h z v
Figure 00000009
- z-е элементы сигналов компонент hh и hv, определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема - выполняют обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектов.after which, according to local maxima of the sum of the squares of the modules of the elements of the components of the complex time-frequency image | h z h | 2 + | h z v | 2
Figure 00000007
where h z h
Figure 00000008
and h z v
Figure 00000009
- the z-th elements of the signal components h h and h v , determine the number of scattered radio signals, the parameters of which - the values of time delay, Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception - perform detection and spatial localization of moving objects.

Способ-прототип реализует достаточно эффективное обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектов в условиях неизвестной поляризации рассеянных объектами сигналов.The prototype method implements a sufficiently effective detection and spatial localization of moving objects in the conditions of unknown polarization of the signals scattered by objects.

Однако способ-прототип при формировании сигналов компонент горизонтальной и вертикальной поляризации комплексного частотно-временного изображения использует операции, основанные на формировании классической двумерной взаимной корреляционной функции, которая кроме основного лепестка содержит высокие боковые лепестки, маскирующие сигналы далеких и слаборассеивающих объектов.However, the prototype method, when generating the signals of the horizontal and vertical polarization components of a complex time-frequency image, uses operations based on the formation of a classical two-dimensional cross-correlation function, which, in addition to the main lobe, contains high side lobes masking the signals of distant and weakly scattering objects.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является низкая вероятность радиоконтоля далеких и слаборассеивающих объектов.Thus, the disadvantage of the prototype method is the low probability of radio monitoring of distant and poorly scattering objects.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения и правильной пространственной локализации далеких и слаборассеивающих объектов.The technical result of the invention is to increase the likelihood of detection and proper spatial localization of distant and poorly scattering objects.

Повышение вероятности обнаружения и правильной пространственной локализации достигается за счет применения новых операций адаптивной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу, обеспечивающих повышение чувствительности и динамического диапазона при формировании компонент горизонтальной и вертикальной поляризации двухкомпонентного комплексного частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных объектами в анализируемой области доплеровских частот и временных задержек.An increase in the probability of detection and proper spatial localization is achieved through the use of new adaptive processing operations with feedback on a useful radio signal, which provide increased sensitivity and dynamic range when forming components of the horizontal and vertical polarization of a two-component complex time-frequency image of radio signals scattered by objects in the analyzed region of Doppler frequencies and time delays.

Технический результат достигается тем, что в способе поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов, заключающемся в том, что используют прямые и рассеянные подвижными объектами радиосигналы, излучаемые широкополосными передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения, принимают решеткой из N антенн компоненты горизонтальной и вертикальной поляризации векторного многолучевого электромагнитного поля прямого и рассеянных радиосигналов, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в двухкомпонентные прямые s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]

Figure 00000010
и рассеянные s = [ s h s v ]
Figure 00000011
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема, где h и v - индексы компонент горизонтальной и вертикальной поляризации, которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают, вычисляют и сравнивают энергию компонент s ˜ h 2
Figure 00000012
и s ˜ v 2
Figure 00000013
прямого сигнала, выбирают компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v
Figure 00000014
, преобразуют компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v
Figure 00000015
в матричный сигнал комплексной фазирующей функции A, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые каждым потенциальным объектом, согласно изобретению из матричного сигнала комплексной фазирующей функции A формируют блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜ = [ A 0 0 A ]
Figure 00000016
, блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜
Figure 00000017
запоминают, для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный сигнал s в двухкомпонентный сигнал комплексного частотно-временного изображения h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) 1 A ˜ H s
Figure 00000018
, где h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000019
, A ˜ H
Figure 00000020
- матрица, эрмитово сопряженная с A ˜
Figure 00000017
, двухкомпонентный сигнал h(0) запоминают и используют в качестве начального приближения, а также итерационно формируют зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал Λ ( h ( k 1 ) ) = d i a g { ( | h z ( k 1 ) , h | 2 + | h z ( k 1 ) , v | 2 ) 1 / 2 / 2 }
Figure 00000021
, h z ( k 1 ) , h
Figure 00000022
и h z ( k 1 ) , v
Figure 00000023
и - z-е элементы компонент h(k-1),h и h(k-1),v сигнала h(k-1), k=1, 2, … - номер итерации, блочный вспомогательный матричный сигнал Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) = [ Λ ( h ( k 1 ) ) 0 0 Λ ( h ( k 1 ) ) ]
Figure 00000024
и двухкомпонентный сигнал очередного приближения комплексного частотно-временного изображения h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) ] 1 A ˜ H s
Figure 00000025
, где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока энергия разности текущего и запомненного предыдущего частотно-временных изображений не достигнет заданного малого значения [ h ( k ) , h h ( k 1 ) , h 2 + h ( k ) , v h ( k 1 ) , v 2 ] δ
Figure 00000026
, после чего по локальным максимумам суммы квадратов модулей элементов компонент текущего частотно-временного изображения | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2
Figure 00000027
определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема - выполняют обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектов.The technical result is achieved by the fact that in the method of polarization-sensitive radio monitoring of moving objects, which consists in the use of direct and scattered by moving objects radio signals emitted by broadband transmitters of electronic systems for various purposes, the array of horizontal and vertical polarization components of a vector multi-beam electromagnetic field is received from N antennas direct and scattered radio signals, synchronously transform the ensemble of received radio signals into antennas digital signals, digital signals are converted into two-component direct s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]
Figure 00000010
and scattered s = [ s h s v ]
Figure 00000011
signals for the selected azimuthal elevation directions of reception, where h and v are the indices of the horizontal and vertical polarization components, which, together with the azimuthal elevation direction of the reception, memorize, calculate and compare the component energy s ˜ h 2
Figure 00000012
and s ˜ v 2
Figure 00000013
direct signal, select the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000014
transform the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000015
in the matrix signal of the complex phasing function A, including hypothetical signals scattered by each potential object, according to the invention, a block matrix signal of the phasing function is formed from the matrix signal of the complex phasing function A A ˜ = [ A 0 0 A ]
Figure 00000016
, block matrix signal of the phasing function A ˜
Figure 00000017
remember, for each selected azimuthal elevation direction, the scattered signal s is converted into a two-component signal of a complex time-frequency image h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) - one A ˜ H s
Figure 00000018
where h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000019
, A ˜ H
Figure 00000020
is a Hermitian conjugate matrix A ˜
Figure 00000017
, the two-component signal h (0) is stored and used as an initial approximation, and an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iterated Λ ( h ( k - one ) ) = d i a g { ( | h z ( k - one ) , h | 2 + | h z ( k - one ) , v | 2 ) - one / 2 / 2 }
Figure 00000021
, h z ( k - one ) , h
Figure 00000022
and h z ( k - one ) , v
Figure 00000023
and - the zth elements of the components h (k-1), h and h (k-1), v of the signal h (k-1) , k = 1, 2, ... - iteration number, block auxiliary matrix signal Λ ˜ ( h ( k - one ) ) = [ Λ ( h ( k - one ) ) 0 0 Λ ( h ( k - one ) ) ]
Figure 00000024
and a two-component signal of the next approximation of a complex time-frequency image h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k - one ) ) ] - one A ˜ H s
Figure 00000025
, where λ is the Lagrange multiplier, until the energy of the difference between the current and remembered previous time-frequency images reaches a predetermined small value [ h ( k ) , h - h ( k - one ) , h 2 + h ( k ) , v - h ( k - one ) , v 2 ] δ
Figure 00000026
, after which, according to local maxima of the sum of the squares of the modules of elements of the components of the current time-frequency image | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2
Figure 00000027
determine the number of scattered radio signals, the parameters of which - the values of time delay, Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception - perform the detection and spatial localization of moving objects.

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

фиг.1 - структурная схема устройства поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов.figure 1 is a structural diagram of a device for polarization-sensitive radio monitoring of moving objects.

фиг.2 - результаты моделирования процесса поляризационно-чувствительного обнаружения и частотно-временной локализации подвижных объектов предложенным способом.figure 2 - simulation results of the process of polarization-sensitive detection and time-frequency localization of moving objects by the proposed method.

фиг.3 - результаты моделирования процесса поляризационно-чувствительного обнаружения и частотно-временной локализации подвижных объектов при использовании способа-прототипа.figure 3 - simulation results of the process of polarization-sensitive detection and time-frequency localization of moving objects when using the prototype method.

Для оценки сравнительной эффективности предложенного способа выполнено моделирование на ПЭВМ.To assess the comparative effectiveness of the proposed method, a simulation was performed on a PC.

При моделировании использовались полунатурные данные, построенные на основе измеренного с частотой дискретизации 318785 Гц сигнала звукового сопровождения 49 канала аналогового телевидения. Длина последовательности анализируемого сигнала равнялась 65536 отсчетам.When modeling, we used semi-natural data based on the sound signal of channel 49 of analogue television measured with a sampling frequency of 318785 Hz. The length of the sequence of the analyzed signal was 65536 samples.

Измеренный сигнал использовался в качестве прямого сигнала. Он же с добавкой белого шума с уровнем минус 30 дБ и уменьшенных по амплитуде, задержанных по времени и сдвинутых по Доплеру копий измеренного сигнала использовался в качестве разведываемого сигнала. Рассматриваемый сценарий включал прямой сигнал передатчика подсвета и сигналы, рассеиваемые шестью объектами. Первые два объекта стационарные, а остальные подвижные. Уровни сигналов стационарных объектов на 20 дБ ниже уровня прямого сигнала, а уровни сигналов остальных объектов в среднем ниже на 60 дБ.The measured signal was used as a direct signal. He, with the addition of white noise with a level of minus 30 dB and reduced in amplitude, time-delayed and Doppler-shifted copies of the measured signal, was used as a reconnaissance signal. The scenario under consideration included a direct signal from the backlight transmitter and signals scattered by six objects. The first two objects are stationary, and the rest are mobile. The signal levels of stationary objects are 20 dB lower than the direct signal level, and the signal levels of other objects are on average lower by 60 dB.

Размеры координатной сетки задержка-доплеровский сдвиг выбирались равными 101×101, шаг по задержке 3.1369 мкс, по доплеровскому сдвигу 4.8643 Гц.The dimensions of the delay-Doppler shift grid were chosen equal to 101 × 101, the delay step was 3.1369 μs, and the Doppler shift was 4.8643 Hz.

На фиг.2 и фиг.3 представлены частотно-временные изображения рассеянных объектами радиосигналов, сформированные предложенным способом и способом-прототипом соответственно.Figure 2 and figure 3 presents the time-frequency image scattered by the objects of the radio signals generated by the proposed method and the prototype method, respectively.

Из сравнения этих изображений следует, что предложенный способ обеспечивает обнаружение и частотно-временную локализацию сигналов от всех шести объектов. В тоже время способ-прототип обеспечивает обнаружение только слившихся сигналов от первого и второго объектов.From a comparison of these images it follows that the proposed method provides detection and frequency-time localization of signals from all six objects. At the same time, the prototype method provides detection of only merged signals from the first and second objects.

Устройство (фиг.1), в котором реализуется предложенный способ, содержит последовательно соединенные систему приема и предварительной обработки 1 и вычислительную систему 2.The device (figure 1), which implements the proposed method, contains a series-connected reception and preprocessing system 1 and computer system 2.

В свою очередь система приема и предварительной обработки 1 включает антенную решетку 1-1, тракт приема прямых и рассеянных сигналов, включающий преобразователь частоты 1-2, АЦП 1-3 и устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-4.In turn, the reception and pretreatment system 1 includes an antenna array 1-1, a direct and scattered signal receiving path, including a frequency converter 1-2, ADC 1-3 and an adaptive spatial filtering device 1-4.

При этом система 2 имеет выход, предназначенный для подключения к внешним системам.At the same time, system 2 has an output intended for connection to external systems.

Система 1 является аналогово-цифровым устройством и предназначена для адаптивной пространственной фильтрации полезных прямых и рассеянных объектами радиосигналов.System 1 is an analog-to-digital device and is designed for adaptive spatial filtering of useful direct and scattered radio signals by objects.

Антенная решетка 1-1 состоит из N антенн с номерами n = 1 , N ¯

Figure 00000028
. Каждая антенна обеспечивает одновременный ненаправленный или направленный прием двух скалярных полей - ортогональных составляющих поляризованной волны в точке приема, и имеет два отдельных выхода для радиосигналов горизонтальной (h) и вертикальной (v) поляризаций.Antenna array 1-1 consists of N antennas with numbers n = one , N ¯
Figure 00000028
. Each antenna provides simultaneous non-directional or directional reception of two scalar fields - the orthogonal components of the polarized wave at the receiving point, and has two separate outputs for horizontal (h) and vertical (v) polarization radio signals.

Пространственная конфигурация антенной решетки может быть произвольной: плоской прямоугольной, плоской кольцевой или объемной, в частности конформной.The spatial configuration of the antenna array can be arbitrary: flat rectangular, flat annular or three-dimensional, in particular conformal.

Преобразователь частоты 1-2 является 2N-канальным, выполнен с общим гетеродином и с полосой пропускания каждого канала, изменяемой в соответствии с шириной спектра принимаемого радиосигнала. Общий гетеродин обеспечивает многоканальный когерентный прием сигналов.The frequency converter 1-2 is a 2N-channel, made with a common local oscillator and with the bandwidth of each channel, variable in accordance with the width of the spectrum of the received radio signal. A common local oscillator provides multi-channel coherent signal reception.

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

Устройство адаптивной пространственной фильтрации 1-4 представляет собой вычислительное устройство.The adaptive spatial filtering device 1-4 is a computing device.

Вычислительная система 2 предназначена для итерационного формирования двухкомпонентного сигнала комплексного частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных объектами в анализируемой области доплеровских частот и временных задержек, а также обнаружения и пространственной локализации подвижных объектов.Computing system 2 is intended for iterative formation of a two-component signal of a complex time-frequency image of radio signals scattered by objects in the analyzed region of Doppler frequencies and time delays, as well as for the detection and spatial localization of moving objects.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В системе 2 на основе данных от внешних систем идентифицируется, выбирается и периодически обновляется совокупность передатчиков, излучающих радиосигналы с расширенным спектром.In system 2, based on data from external systems, a set of transmitters emitting spread-spectrum radio signals is identified, selected, and periodically updated.

Параметры выбранного множества передатчиков (номер, несущая частота, ширина спектра, форма, параметры синхронизации и мощность излучаемого сигнала, координаты или расстояние и угловое положение относительно точки приема) запоминаются в системе 2, а также используются для настройки преобразователя 1-2. С целью упрощения цепи управления преобразователем не показаны.The parameters of the selected set of transmitters (number, carrier frequency, spectral width, shape, synchronization parameters and power of the emitted signal, coordinates or distance and angular position relative to the receiving point) are stored in system 2 and are also used to configure the converter 1-2. In order to simplify the control circuit of the converter are not shown.

Преобразователь частоты 1-2 по сигналам системы 2 перестраивается на заданную частоту приема.The frequency converter 1-2 according to the signals of system 2 is tuned to a given frequency of reception.

Принятое каждой антенной с номером n решетки 1-1 векторное многолучевое электромагнитное поле прямого и рассеянных радиосигналов в виде зависящих от времени t радиосигналов горизонтальной x n h ( t )

Figure 00000029
и вертикальной x n v ( t )
Figure 00000030
поляризаций поступает на входы преобразователя частоты 1-2.The vector multipath electromagnetic field of the direct and scattered radio signals received by each antenna with the number n of the array 1-1 is in the form of horizontal time-dependent radio signals x n h ( t )
Figure 00000029
and vertical x n v ( t )
Figure 00000030
polarization goes to the inputs of the frequency converter 1-2.

В преобразователе частоты 1-2 каждый принятый радиосигнал x n h ( t )

Figure 00000031
и x n v ( t )
Figure 00000032
фильтруется по частоте и переносится на более низкую частоту.In the 1-2 frequency converter, each received radio signal x n h ( t )
Figure 00000031
and x n v ( t )
Figure 00000032
filtered by frequency and transferred to a lower frequency.

Сформированный в преобразователе 1-2 ансамбль радиосигналов x n h ( t )

Figure 00000033
и x n v ( t )
Figure 00000034
синхронно преобразуется с помощью АЦП 1-3 в цифровые сигналы x 1 h ( i )
Figure 00000035
,…, x N h ( i )
Figure 00000036
и x 1 v ( i )
Figure 00000037
,…, x N v ( i )
Figure 00000038
, где i - номер временного отсчета сигнала, которые поступают в устройство 1-4, где запоминаются.1-2 radio signal ensemble formed in the converter x n h ( t )
Figure 00000033
and x n v ( t )
Figure 00000034
synchronously converted using ADC 1-3 to digital signals x one h ( i )
Figure 00000035
, ..., x N h ( i )
Figure 00000036
and x one v ( i )
Figure 00000037
, ..., x N v ( i )
Figure 00000038
, where i is the number of time counts of the signal that enter the device 1-4, where they are stored.

В устройстве 1-4 цифровые сигналы преобразуются в двухкомпонентный прямой сигнал s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]

Figure 00000039
и двухкомпонентные рассеянные сигналы s = [ s h s v ]
Figure 00000040
для выбранных азимутально-угломестных направлений приема, где h и v - индексы компонент горизонтальной и вертикальной поляризации.In device 1-4, digital signals are converted into a two-component direct signal s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]
Figure 00000039
and two-component scattered signals s = [ s h s v ]
Figure 00000040
for the selected azimuthal elevation directions of reception, where h and v are the indices of the components of horizontal and vertical polarization.

Преобразование цифровых сигналов в двухкомпонентный прямой сигнал s ˜

Figure 00000041
и двухкомпонентные рассеянные сигналы s для выбранных азимутально-угломестных направлений приема осуществляется известными способами адаптивной пространственной фильтрации [3].Converting digital signals to a two-component direct signal s ˜
Figure 00000041
and two-component scattered signals s for the selected azimuthal elevation directions of reception is carried out by known methods of adaptive spatial filtering [3].

При этом, например, из цифровых сигналов горизонтальной поляризаций x 1 h ( i )

Figure 00000042
,…, x N h ( i )
Figure 00000043
формируется сигнал пространственной корреляционной матрицы входных сигналов R. Сигнал корреляционной матрицы R преобразуется в сигнал оптимального весового вектора для формирования прямого w=R-1η сигналов, где η - вектор наведения, определяемый азимутально-угломестным направлением приема прямого радиосигнала, длиной волны (частотой fk) и геометрией решетки.In this case, for example, from digital signals of horizontal polarization x one h ( i )
Figure 00000042
, ..., x N h ( i )
Figure 00000043
the signal of the spatial correlation matrix of the input signals R is generated. The signal of the correlation matrix R is converted to the optimal weight vector signal to generate a direct w = R -1 η signal, where η is the guidance vector determined by the azimuth-elevation direction of direct radio signal reception, wavelength (frequency f k ) and lattice geometry.

После этого цифровые сигналы x 1 h ( i )

Figure 00000044
,…, x N h ( i )
Figure 00000045
объединяются в матричный цифровой сигнал X, преобразованием которого формируется сигнал sh=wHX, являющийся векторным сигналом компоненты горизонтальной поляризации прямого сигнала s ˜ h = { s h ( 1 ) , , s h ( i ) , , s h ( I ) } T
Figure 00000046
, где { } T
Figure 00000047
- означает транспонирование, I - число временных отсчетов сигнала, принятого в выбранном азимутально-угломестном направлении.After that, digital signals x one h ( i )
Figure 00000044
, ..., x N h ( i )
Figure 00000045
are combined into a matrix digital signal X, the conversion of which produces a signal s h = w H X, which is a vector signal of the horizontal polarization component of the direct signal s ˜ h = { s h ( one ) , ... , s h ( i ) , ... , s h ( I ) } T
Figure 00000046
where { } T
Figure 00000047
- means transposition, I is the number of time samples of the signal received in the selected azimuth-elevation direction.

Аналогично осуществляется формирование компоненты вертикальной поляризации прямого сигнала s ˜ v

Figure 00000048
, а также компонент sh и sv рассеянных сигналов для выбранных азимутально-угломестных направлений приема.Similarly, the formation of the component of the vertical polarization of the direct signal s ˜ v
Figure 00000048
, as well as the components s h and s v of the scattered signals for the selected azimuth-elevation directions of reception.

Физически описанные операции адаптивной пространственной фильтрации обеспечивают одновременный направленный прием с заданных направлений двух компонент полезного прямого сигнала выбранного передатчика подсвета и двух компонент полезного рассеянного сигнала с одновременным подавлением широкого класса помех, приходящих с других направлений.The physically described adaptive spatial filtering operations provide simultaneous directional reception from the given directions of two components of the useful direct signal of the selected backlight transmitter and two components of the useful scattered signal, while simultaneously suppressing a wide class of interference coming from other directions.

Полученные двухкомпонентные сигналы совместно со значением азимутально-угломестного направления приема поступают в вычислительную систему 2, где запоминаются.The obtained two-component signals, together with the value of the azimuthal elevation direction of reception, are received in computer system 2, where they are stored.

В вычислительной системе 2 выполняются следующие действия:In computing system 2, the following actions are performed:

- вычисляется и сравнивается энергия компонент s ˜ h 2

Figure 00000049
и s ˜ v 2
Figure 00000050
прямого сигнала;- component energy is calculated and compared s ˜ h 2
Figure 00000049
and s ˜ v 2
Figure 00000050
direct signal;

- выбирается компонента прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v

Figure 00000051
;- selects the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000051
;

- преобразуется компонента прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v

Figure 00000052
в матричный сигнал комплексной фазирующей функции A, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые каждым потенциальным объектом.- the component of the direct signal with maximum energy is converted s ˜ m a x h , v
Figure 00000052
into the matrix signal of the complex phasing function A, which includes hypothetical signals scattered by each potential object.

Преобразование компонент прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v

Figure 00000053
в матричный сигнал A осуществляется по следующей формуле: A = [ D s ˜ m a x , 0 h , v , , D s ˜ m a x , q h , v , , D s ˜ m a x , Q - 1 h , v ]
Figure 00000054
, где s ˜ m a x , q h , v = [ s ˜ m a x , ( 1 - q ) h , v , , s ˜ m a x , ( I - q ) h , v ] T
Figure 00000055
- векторы размером I×1, являющиеся сдвинутыми по времени на qTs версиями прямого сигнала, s ˜ m a x h , v
Figure 00000056
,…, q=0,…,Q-1, Q - число временных задержек прямого сигнала, Ts - период выборки сигнала;Transformation of direct signal components with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000053
in the matrix signal A is carried out according to the following formula: A = [ D s ˜ m a x , 0 h , v , ... , D s ˜ m a x , q h , v , ... , D s ˜ m a x , Q - one h , v ]
Figure 00000054
where s ˜ m a x , q h , v = [ s ˜ m a x , ( one - q ) h , v , ... , s ˜ m a x , ( I - q ) h , v ] T
Figure 00000055
- vectors of size I × 1, which are time-shifted qT s versions of the direct signal, s ˜ m a x h , v
Figure 00000056
, ..., q = 0, ..., Q-1, Q is the number of time delays of the direct signal, T s is the sampling period of the signal;

D=[D-L,…,D-l,…,D0,…,D+l,…,D+L], D l = [ 1 0 0 0 e j 2 π l / I 0 0 0 e j 2 π l ( I - 1 ) / I ]

Figure 00000057
D = [D- L , ..., D- l , ..., D 0 , ..., D + l , ..., D + L ], D l = [ one 0 ... 0 0 e j 2 π l / I 0 ... ... ... ... 0 0 e j 2 π l ( I - one ) / I ]
Figure 00000057

- матрицы доплеровских сдвигов, l=0,…,±L, L - размер координатной сетки по доплеровскому сдвигу. Размеры матриц Dl и D соответственно равны I×I и I×I(2L+1).- Doppler shift matrices, l = 0, ..., ± L, L - coordinate grid size by Doppler shift. The sizes of the matrices D l and D are respectively equal to I × I and I × I (2L + 1).

Таким образом, столбцы матрицы A представляют собой задержанные по времени и сдвинутые по частоте доплеровского сдвига версии прямого сигнала s ˜ m a x h , v

Figure 00000058
, а размер этой матрицы I×Q(2L+1) определяется числом отсчетов в разведываемом сигнале (длительностью интервала наблюдения) и размерами координатной сетки по временному запаздыванию и доплеровскому сдвигу частоты;Thus, the columns of matrix A are time-delayed and frequency-shifted Doppler shift versions of the direct signal s ˜ m a x h , v
Figure 00000058
, and the size of this matrix I × Q (2L + 1) is determined by the number of samples in the reconnaissance signal (the duration of the observation interval) and the size of the coordinate grid according to time delay and Doppler frequency shift;

- из матричного сигнала комплексной фазирующей функции A формируется блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜ = [ A 0 0 A ]

Figure 00000059
- from the matrix signal of the complex phasing function A, a block matrix signal of the phasing function is formed A ˜ = [ A 0 0 A ]
Figure 00000059

- блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜

Figure 00000060
запоминается.- block matrix signal of the phasing function A ˜
Figure 00000060
remembered.

После этого в вычислительной системе 2 для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема выполняются следующие действия:After that, in computing system 2, for each selected azimuthal elevation direction of reception, the following actions are performed:

- рассеянный сигнал s преобразуется в двухкомпонентный сигнал комплексного частотно-временного изображения h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) 1 A ˜ H s

Figure 00000061
, где h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000062
, A ˜ H
Figure 00000063
- матрица, эрмитово сопряженная с A ˜
Figure 00000060
;- the scattered signal s is converted into a two-component signal of a complex time-frequency image h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) - one A ˜ H s
Figure 00000061
where h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000062
, A ˜ H
Figure 00000063
is a Hermitian conjugate matrix A ˜
Figure 00000060
;

- двухкомпонентный сигнал h(0) запоминается и используется в качестве начального приближения;- the two-component signal h (0) is stored and used as an initial approximation;

- итерационно формируются зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал Λ ( h ( k 1 ) ) = d i a g { ( | h z ( k 1 ) , h | 2 + | h z ( k 1 ) , v | 2 ) 1 / 2 / 2 }

Figure 00000021
, где h z ( k 1 ) , h
Figure 00000022
и h z ( k 1 ) , v
Figure 00000023
и - z-е элементы компонент h(k-1),h и h(k-1),v сигнала h(k-1), k=1, 2, … - номер итерации, блочный вспомогательный матричный сигнал Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) = [ Λ ( h ( k 1 ) ) 0 0 Λ ( h ( k 1 ) ) ]
Figure 00000064
и двухкомпонентный сигнал очередного приближения комплексного частотно-временного изображения h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) ] 1 A ˜ H s
Figure 00000065
, где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока энергия разности текущего и запомненного предыдущего частотно-временных изображений не достигнет заданного малого значения [ h ( k ) , h h ( k 1 ) , h 2 + h ( k ) , v h ( k 1 ) , v 2 ] δ
Figure 00000066
;- an auxiliary matrix signal depending on the previous solution is iteratively formed Λ ( h ( k - one ) ) = d i a g { ( | h z ( k - one ) , h | 2 + | h z ( k - one ) , v | 2 ) - one / 2 / 2 }
Figure 00000021
where h z ( k - one ) , h
Figure 00000022
and h z ( k - one ) , v
Figure 00000023
and - the zth elements of the components h (k-1), h and h (k-1), v of the signal h (k-1) , k = 1, 2, ... - iteration number, block auxiliary matrix signal Λ ˜ ( h ( k - one ) ) = [ Λ ( h ( k - one ) ) 0 0 Λ ( h ( k - one ) ) ]
Figure 00000064
and a two-component signal of the next approximation of a complex time-frequency image h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k - one ) ) ] - one A ˜ H s
Figure 00000065
, where λ is the Lagrange multiplier, until the energy of the difference between the current and remembered previous time-frequency images reaches a predetermined small value [ h ( k ) , h - h ( k - one ) , h 2 + h ( k ) , v - h ( k - one ) , v 2 ] δ
Figure 00000066
;

- по локальным максимумам суммы квадратов модулей элементов компонент текущего частотно-временного изображения | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2

Figure 00000067
определяется число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых -значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема - выполняется обнаружение и пространственная локализация подвижных объектов.- by local maxima of the sum of the squares of the modules of the elements of the components of the current time-frequency image | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2
Figure 00000067
the number of scattered radio signals is determined, the parameters of which are the values of time delay, Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception — the detection and spatial localization of moving objects is performed.

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

- сравниваются с порогом значения доплеровского сдвига каждого рассеянного сигнала и при превышении порога принимается решение об обнаружении подвижного объекта в анализируемом азимутально-угломестном направлении приема.- the values of the Doppler shift of each scattered signal are compared with the threshold, and when the threshold is exceeded, a decision is made to detect a moving object in the analyzed azimuth-elevation direction of reception.

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

При определении географических координат обнаруженного подвижного объекта в вычислительной системе 2 выполняются следующие действия:When determining the geographical coordinates of the detected moving object in computing system 2, the following actions are performed:

- по значению временной задержки сигнала τ определяется кажущаяся дальность до объекта D=τc , где c - скорость света;- from the value of the time delay of the signal τ, the apparent distance to the object is determined D = τc, where c is the speed of light;

- определяются пространственные координаты обнаруженного объекта по кажущейся дальности D и значениям азимута α и угла места β приема рассеянных сигналов, например, в соответствии с [4].- the spatial coordinates of the detected object are determined by the apparent range D and azimuth values α and elevation angle β of the reception of scattered signals, for example, in accordance with [4].

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

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

Из приведенного описания следует, что устройство, реализующее предложенный способ, обеспечивает повышение вероятности обнаружения и правильной пространственной локализации далеких и слаборассеивающих объектов благодаря применению новых операций адаптивной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу.From the above description it follows that a device that implements the proposed method provides an increase in the probability of detection and proper spatial localization of distant and weakly scattering objects due to the use of new adaptive processing operations with feedback on a useful radio signal.

Таким образом, за счет применения новых операций адаптивной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу, обеспечивающих повышение чувствительности и динамического диапазона при формировании компонент горизонтальной и вертикальной поляризации двухкомпонентного частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных объектами в анализируемой области доплеровских частот (скоростей) и временных задержек (дальностей), удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.Thus, through the use of new adaptive processing operations with feedback on a useful radio signal, which provide increased sensitivity and dynamic range when forming components of horizontal and vertical polarization of a two-component time-frequency image of radio signals scattered by objects in the analyzed area of Doppler frequencies (speeds) and time delays (ranges), it is possible to solve the problem with the achievement of the specified technical result.

Источники информацииInformation sources

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

2. US, патент, 7304603 B2, кл. G01S 13/02, 2007 г.2. US patent 7304603 B2, cl. G01S 13/02, 2007

3. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003 г.3. Ratynsky M.V. Adaptation and superresolution in antenna arrays. M .: Radio and communication. 2003 year

4. RU, патент, 2444754 C15, кл. G01S 13/02, 2012 г.4. RU, patent, 2444754 C15, cl. G01S 13/02, 2012

Claims (1)

Способ поляризационно-чувствительного радиоконтроля подвижных объектов, заключающийся в том, что используют прямые и рассеянные подвижными объектами радиосигналы, излучаемые широкополосными передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения, принимают решеткой из N антенн компоненты горизонтальной и вертикальной поляризации векторного многолучевого электромагнитного поля прямого и рассеянных радиосигналов, синхронно преобразуют ансамбль принятых антеннами радиосигналов в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют в двухкомпонентные прямой s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]
Figure 00000068
и рассеянные s = [ s h s v ]
Figure 00000069
сигналы для выбранных азимутально-угломестных направлений приема, где h и v - индексы компонент горизонтальной и вертикальной поляризации, которые совместно со значением азимутально-угломестного направления приема запоминают, вычисляют и сравнивают энергию компонент s ˜ h 2
Figure 00000070
и s ˜ v 2
Figure 00000071
прямого сигнала, выбирают компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v
Figure 00000072
, преобразуют компоненту прямого сигнала с максимальной энергией s ˜ m a x h , v
Figure 00000073
в матричный сигнал комплексной фазирующей функции A, включающий гипотетические сигналы, рассеиваемые каждым потенциальным объектом, отличающийся тем, что из матричного сигнала комплексной фазирующей функции A формируют блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜ = [ A 0 0 A ]
Figure 00000074
, блочный матричный сигнал фазирующей функции A ˜
Figure 00000075
запоминают, для каждого выбранного азимутально-угломестного направления приема преобразуют рассеянный сигнал s в двухкомпонентный сигнал комплексного частотно-временного изображения h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) 1 A ˜ H s
Figure 00000076
, где h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000077
, A ˜ H
Figure 00000078
- матрица, эрмитово сопряженная с A ˜
Figure 00000079
, двухкомпонентный сигнал h ( 0 )
Figure 00000080
запоминают и используют в качестве начального приближения, а также итерационно формируют зависящий от предыдущего решения вспомогательный матричный сигнал Λ ( h ( k 1 ) ) = d i a g { ( | h z ( k 1 ) , h | 2 + | h z ( k 1 ) , v | 2 ) - 1 / 2 / 2 }
Figure 00000081
, h z ( k 1 ) , h
Figure 00000082
и h z ( k 1 ) , v
Figure 00000083
- z-e элементы компонент h ( k 1 ) , h
Figure 00000084
и h ( k 1 ) , v
Figure 00000085
сигнала h ( k 1 )
Figure 00000086
, k=1, 2, … - номер итерации, блочный вспомогательный матричный сигнал Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) = [ Λ ( h ( k 1 ) ) 0 0 Λ ( h ( k 1 ) ) ]
Figure 00000087
и двухкомпонентный сигнал очередного приближения комплексного частотно-временного изображения h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k 1 ) ) ] 1 A ˜ H s
Figure 00000088
, где λ - множитель Лагранжа, до тех пор, пока энергия разности текущего и запомненного предыдущего частотно-временных изображений не достигнет заданного малого значения [ h ( k ) , h h ( k 1 ) , h 2 + h ( k ) , v h ( k 1 ) , v 2 ] δ
Figure 00000089
, после чего по локальным максимумам суммы квадратов модулей элементов компонент текущего частотно-временного изображения | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2
Figure 00000090
определяют число рассеянных радиосигналов, по параметрам которых - значениям временной задержки, доплеровского сдвига и азимутально-угломестного направления приема - выполняют обнаружение и пространственную локализацию подвижных объектов.
The method of polarization-sensitive radio monitoring of moving objects, which consists in using direct and scattered by mobile objects radio signals emitted by broadband transmitters of electronic systems for various purposes, using an array of N antennas, the horizontal and vertical polarization components of the vector multipath electromagnetic field of direct and scattered radio signals, synchronously transform the ensemble of radio signals received by the antennas into digital signals, I convert digital signals t in a two-component line s ˜ = [ s ˜ h s ˜ v ]
Figure 00000068
and scattered s = [ s h s v ]
Figure 00000069
signals for the selected azimuthal elevation directions of reception, where h and v are the indices of the components of horizontal and vertical polarization, which, together with the azimuthal elevation direction of reception, memorize, calculate and compare the component energy s ˜ h 2
Figure 00000070
and s ˜ v 2
Figure 00000071
direct signal, select the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000072
transform the component of the direct signal with maximum energy s ˜ m a x h , v
Figure 00000073
into the matrix signal of the complex phasing function A, including hypothetical signals scattered by each potential object, characterized in that a block matrix signal of the phasing function is formed from the matrix signal of the complex phasing function A A ˜ = [ A 0 0 A ]
Figure 00000074
, block matrix signal of the phasing function A ˜
Figure 00000075
remember, for each selected azimuthal elevation direction, the scattered signal s is converted into a two-component signal of a complex time-frequency image h ( 0 ) = ( A ˜ H A ˜ ) - one A ˜ H s
Figure 00000076
where h ( 0 ) = [ h ( 0 ) h h ( 0 ) v ]
Figure 00000077
, A ˜ H
Figure 00000078
is a Hermitian conjugate matrix A ˜
Figure 00000079
two-way signal h ( 0 )
Figure 00000080
remember and use as an initial approximation, and also iteratively form an auxiliary matrix signal depending on the previous solution Λ ( h ( k - one ) ) = d i a g { ( | h z ( k - one ) , h | 2 + | h z ( k - one ) , v | 2 ) - one / 2 / 2 }
Figure 00000081
, h z ( k - one ) , h
Figure 00000082
and h z ( k - one ) , v
Figure 00000083
- ze elements of components h ( k - one ) , h
Figure 00000084
and h ( k - one ) , v
Figure 00000085
signal h ( k - one )
Figure 00000086
, k = 1, 2, ... - iteration number, block auxiliary matrix signal Λ ˜ ( h ( k - one ) ) = [ Λ ( h ( k - one ) ) 0 0 Λ ( h ( k - one ) ) ]
Figure 00000087
and a two-component signal of the next approximation of a complex time-frequency image h ( k ) = [ A ˜ H A ˜ + λ Λ ˜ ( h ( k - one ) ) ] - one A ˜ H s
Figure 00000088
, where λ is the Lagrange multiplier, until the energy of the difference between the current and remembered previous time-frequency images reaches a predetermined small value [ h ( k ) , h - h ( k - one ) , h 2 + h ( k ) , v - h ( k - one ) , v 2 ] δ
Figure 00000089
, after which, according to the local maxima of the sum of the squares of the modules of the elements of the components of the current time-frequency image | h z ( k ) , h | 2 + | h z ( k ) , v | 2
Figure 00000090
determine the number of scattered radio signals, the parameters of which - the values of time delay, Doppler shift and azimuth-elevation direction of reception - perform the detection and spatial localization of moving objects.
RU2014105482/07A 2014-02-14 2014-02-14 Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects RU2546330C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014105482/07A RU2546330C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014105482/07A RU2546330C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2546330C1 true RU2546330C1 (en) 2015-04-10

Family

ID=53295810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014105482/07A RU2546330C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546330C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580933C1 (en) * 2015-04-13 2016-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (АО "КБ "Связь") Method of determining range to radio source
RU2624449C1 (en) * 2016-10-19 2017-07-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации Method of polarisation deprecition of radiosignals
RU2695077C1 (en) * 2019-01-30 2019-07-19 Иван Владимирович Рогов Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations
RU2724923C2 (en) * 2018-08-10 2020-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method for secretive monitoring of radio silent objects
EP3674739A1 (en) * 2018-12-31 2020-07-01 Avantix Method for joint determination of the direction of arrival and the polarisation of a signal
CN114924328A (en) * 2022-05-24 2022-08-19 山东大学 Urban artificial source electromagnetic exploration method and system with vertical magnetic field reference channel

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923285A (en) * 1998-03-30 1999-07-13 Lockheed Martin Corporation Low bandwidth digital radar video distribution system
WO2003079041A3 (en) * 2002-03-15 2004-04-01 Lockheed Corp System and method for target signature calculation and recognition
EP1471364A2 (en) * 2003-04-21 2004-10-27 Northrop Grumman Corporation A method of passively estimating an emitter's position and velocity using bearings-only without requiring observer acceleration
US7304603B2 (en) * 2006-02-17 2007-12-04 Science, Engineering And Technology Associates Corporation Radar apparatus and processing method for detecting human carried explosive devices
RU2371734C2 (en) * 2007-08-30 2009-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем" Marker of radio frequency identification of object and system and method for detection of coordinates and control of objects
RU2408895C2 (en) * 2009-03-18 2011-01-10 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН Method of localisation of electromagnetic radiation sources of decametre range
RU112446U1 (en) * 2011-05-16 2012-01-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" PASSIVE RADIOELECTRONIC COMPLEX FOR ONE-POINT DETERMINATION OF HORIZONTAL COORDINATES AND OBJECTS OF MOTION OF THE OBJECT BY THE LINE-FILTRATION CALMAN-BUSSI METHOD
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444755C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5923285A (en) * 1998-03-30 1999-07-13 Lockheed Martin Corporation Low bandwidth digital radar video distribution system
WO2003079041A3 (en) * 2002-03-15 2004-04-01 Lockheed Corp System and method for target signature calculation and recognition
EP1471364A2 (en) * 2003-04-21 2004-10-27 Northrop Grumman Corporation A method of passively estimating an emitter's position and velocity using bearings-only without requiring observer acceleration
US7304603B2 (en) * 2006-02-17 2007-12-04 Science, Engineering And Technology Associates Corporation Radar apparatus and processing method for detecting human carried explosive devices
RU2371734C2 (en) * 2007-08-30 2009-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем" Marker of radio frequency identification of object and system and method for detection of coordinates and control of objects
RU2408895C2 (en) * 2009-03-18 2011-01-10 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН Method of localisation of electromagnetic radiation sources of decametre range
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444755C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU112446U1 (en) * 2011-05-16 2012-01-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" PASSIVE RADIOELECTRONIC COMPLEX FOR ONE-POINT DETERMINATION OF HORIZONTAL COORDINATES AND OBJECTS OF MOTION OF THE OBJECT BY THE LINE-FILTRATION CALMAN-BUSSI METHOD

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580933C1 (en) * 2015-04-13 2016-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (АО "КБ "Связь") Method of determining range to radio source
RU2624449C1 (en) * 2016-10-19 2017-07-04 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерство обороны Российской Федерации Method of polarisation deprecition of radiosignals
RU2724923C2 (en) * 2018-08-10 2020-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method for secretive monitoring of radio silent objects
EP3674739A1 (en) * 2018-12-31 2020-07-01 Avantix Method for joint determination of the direction of arrival and the polarisation of a signal
FR3091357A1 (en) * 2018-12-31 2020-07-03 Avantix METHOD FOR JOINT DETERMINATION OF DIRECTION OF ARRIVAL AND POLARIZATION OF A SIGNAL
RU2695077C1 (en) * 2019-01-30 2019-07-19 Иван Владимирович Рогов Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations
CN114924328A (en) * 2022-05-24 2022-08-19 山东大学 Urban artificial source electromagnetic exploration method and system with vertical magnetic field reference channel
CN114924328B (en) * 2022-05-24 2024-05-24 山东大学 Urban artificial source electromagnetic exploration method and system with vertical magnetic field reference channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3254133B1 (en) Direction finding using signal power
RU2546330C1 (en) Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects
US10955542B2 (en) Radar apparatus and direction-of-arrival estimation device
RU2444755C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2440588C1 (en) Passive radio monitoring method of air objects
RU2444754C1 (en) Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2624449C1 (en) Method of polarisation deprecition of radiosignals
WO2018194477A1 (en) Method and device for radar determination of the coordinates and speed of objects
RU2546329C1 (en) Method for polarisation-sensitive detection of mobile objects
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2529483C1 (en) Method for stealth radar location of mobile objects
RU2410712C1 (en) Method of detecting aerial objects
US11754671B2 (en) Incoming wave count estimation apparatus and incoming wave count incoming direction estimation apparatus
RU2524399C1 (en) Method of detecting small-size mobile objects
Barott et al. Experimental time-modulated beamformer for interference mitigation in a radio spectrometer
RU2444753C1 (en) Radio monitoring method of air objects
RU2444756C1 (en) Detection and localisation method of air objects
RU2528391C1 (en) Method of searching for low-signature mobile objects
RU2557250C1 (en) Method for stealth radar detection of mobile objects
CN104020465A (en) Outer radiation source radar angle measurement method based on eight-unit small-bore circular array antenna
RU2557251C1 (en) Method for polarisation-sensitive search for small-size mobile objects
RU2723432C2 (en) Method of remote monitoring of radio silent objects
RU2472176C1 (en) Method for passive detection of air objects
Fabrizio High frequency over-the-horizon radar
RU2471200C1 (en) Method for passive detection and spatial localisation of mobile objects

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20180629

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210215